L'HTL senza dopanti consente un'efficienza del 25,9% nelle celle solari perovskite 2D/3D

Un team globale guidato dal Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha compiuto una svolta epocale nello sviluppo di celle solari a perovskite 2D/3D, raggiungendo un'efficienza record e una stabilità a lungo termine. Pubblicato in Scienza, lo studio intitolato “Formazione spontanea di fasi perovskite bidimensionali robuste” introduce un nuovo strato di trasporto di buche senza droganti (HTL) che migliora l'affidabilità della struttura del dispositivo n-i-p.

Uno strato intermedio 2D durevole per la stabilità della perovskite

Tradizionalmente, le perovskiti 2D fungono da strati barriera per proteggere le loro controparti 3D, ma la loro fragilità spesso compromette la durata complessiva della cella. L'autore principale Shaun Tan spiega che il team ha utilizzato un metodo a solvente misto per sviluppare un interstrato 2D strutturalmente robusto. Questa tecnica di elaborazione in soluzione ha permesso la formazione di perovskiti 2D altamente cristalline e pure, fondamentali per le prestazioni a lungo termine delle strutture ibride di perovskiti.

Eliminazione dei fattori scatenanti del degrado

I ricercatori hanno eliminato i comuni problemi di degradazione evitando l'uso di droganti instabili nell'HTL. Invece di additivi tradizionali come tBP e LiTFSI, hanno utilizzato spiro-OMeTAD non drogato. Questo HTL privo di droganti migliora la stabilità termica preservando l'efficienza del dispositivo. Lo stack del dispositivo include:

• Ossido di stagno drogato con fluoro (FTO)

• SnO₂ depositato in bagno chimico (CBD-SnO₂)

• Perovskite 3D FAPbI₃ arricchita con MACl, MAPbBr₃ e PbI₂ in eccesso

• Uno strato intermedio di perovskite 2D pura

• Spiro-MeOTAD

• Elettrodo superiore in oro (Au)

Questa cella solare di nuova generazione ha dimostrato un'efficienza di conversione della potenza (PCE) del 25,9%, in grado di rivaleggiare con i modelli a pin invertito più performanti.

I test a lungo termine convalidano la stabilità

Oltre alle prestazioni pure e semplici, i dispositivi hanno resistito a 1.074 ore di illuminazione continua in condizioni di 1 sole AM ​​1,5G con esposizione ai raggi UV in un ambiente di azoto, mantenendo il 91% della loro efficienza iniziale. Questo rappresenta un traguardo fondamentale per il fotovoltaico a perovskite stabile, soprattutto per applicazioni commerciali che richiedono longevità.

Applicazioni concrete all'orizzonte

Tan ha sottolineato le implicazioni più ampie dello studio: "Le possibilità combinatorie per composizioni 2D e miscele di solventi sono pressoché infinite. Questo metodo potrebbe aprire nuove frontiere nell'efficienza e nella stabilità delle celle solari a perovskite".

Uno sforzo collaborativo globale

Questa ricerca riflette la collaborazione globale tra il MIT, la Sungkyunkwan University (Corea del Sud), la Marmara University (Turchia), il Lawrence Berkeley National Laboratory e il National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.