I ricercatori ottengono una stabilità record del modulo solare in perovskite sotto stress da luce, calore e raggi UV

Un team di ricerca internazionale ha raggiunto un livello record di stabilità dei moduli solari in perovskite in condizioni di luce, calore e stress UV con una tecnologia di passivazione basata sulla chimica-compatibile con il settore-. In particolare, un modulo dimostrativo da 48 cm2 ha mantenuto circa il 95% della sua efficienza iniziale dopo 5.000 ore di assorbimento della luce da 1 sole e punto di massima potenza (MPP).

"La novità principale di questo lavoro è l'introduzione di una strategia di ingegneria dei co-cristalli per perovskiti bi-dimensionali (2D) basata su molecole neutre, piuttosto che su cationi ionici voluminosi convenzionali," ha detto l'autore corrispondente Narges Yaghoobi Nia alla rivista pv, aggiungendo che lo studio ha dimostrato che le molecole neutre a base di triazina-, note come benzoguanamina (BGA), possono agire come "coformatori per assemblarsi in una struttura stechiometrica Fase co-cristallina di perovskite 2D attraverso interazioni intermolecolari anziché scambio ionico."

I ricercatori hanno determinato che il BGA passivava selettivamente sia i posti vacanti degli alogenuri che quelli cationici nei film sottili compositi di perovskite "formando forti addotti di Lewis e legami intermolecolari", agendo come un agente multifunzionale.

"Questi film di perovskite 2D basati su BGA- bloccano efficacemente la migrazione ionica e il degassamento dei cationi volatili MA+ in condizioni di illuminazione ambientale prolungata", hanno affermato i ricercatori, aggiungendo che la fase stabile della perovskite 2D non ha alterato la stechiometria originale della perovskite 3D.

Secondo Yaghoobi Nia, era una novità anche l'utilizzo di solventi non-polari e compatibili con l'industria-per evitare danni allo strato 3D.

Una dimostrazione dei film trattati in celle solari di perovskite ottimizzate ha prodotto una ritenzione dell'efficienza superiore al 95% dopo 5.000 ore di assorbimento della luce di 1 sole e condizioni MPP. Durante i test di stress termico, il dispositivo target ha registrato una conservazione dell'efficienza superiore al 91% dopo 5.000 ore a 85°C e una conservazione dell'efficienza superiore al 98% sotto 1.000 ore di esposizione continua ai raggi UV e monitoraggio MPP in condizioni atmosferiche.

I ricercatori hanno inoltre fabbricato moduli con un'area attiva fino a 48 cm² con un'efficienza di conversione della potenza del 18,5% e livelli di stabilità superiori ai requisiti commerciali IEC/ISOS. Le celle solari-di piccola area avevano un'efficienza del 23,4%.

"Il nostro metodo di ingegneria dei co-cristalli mostra un chiaro miglioramento sia in termini di efficienza che di stabilità rispetto ai risultati pubblicati in precedenza", hanno osservato i ricercatori. "Insieme, questi progressi affrontano direttamente uno degli ultimi grandi ostacoli alla commercializzazione della perovskite: la stabilità dei moduli a lungo-termine in condizioni operative realistiche", ha affermato Yaghoobi Nia.

Per quanto riguarda la producibilità, il processo di ingegneria del co-cristallo è stato progettato per essere compatibile con i flussi di lavoro di produzione della perovskite esistenti.

"Dal punto di vista del processo si tratta di un singolo passaggio di deposizione aggiuntivo sopra uno strato di perovskite 3D standard", ha spiegato Yaghoobi Nia, aggiungendo che non richiede sintesi complesse, elaborazione ad alta-temperatura, fasi di vuoto o nuovi strumenti-ad alta intensità di capitale. "Ciò riduce la barriera per il trasferimento di tecnologia alle linee di produzione fotovoltaiche esistenti", ha osservato.

Lo strato di co-cristallo 2D è formato dalla deposizione di una soluzione da un solvente non-polare, seguita da una leggera ricottura termica. "È importante sottolineare che la complessità è chimica piuttosto che tecnologica. L'innovazione risiede nella progettazione molecolare e nella chimica interfacciale, non nelle fasi di produzione aggiuntive. Ciò rende l'approccio molto interessante per lo scale-up e l'adozione industriale", ha sottolineato Yaghoobi Nia

La ricerca è stata condotta da un team dell'Iritaly Trading Company e dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), a cui si sono uniti ricercatori dell'Università di Roma Tor Vergata, Istituto di struttura della materia, Laboratorio nazionale Argonne, Greatcell Solar con sede in Italia-.

I ricercatori hanno valutato il lavoro con BGA come un "composto rivoluzionario per la realizzazione di fasi di perovskite co-a bassa-dimensione uniche utilizzando solventi non-polari, che portano a dispositivi di perovskite altamente efficienti e stabili."

È dettagliato in "Co-ingegneria dei cristalli di una fase di perovskite bi-dimensionale per moduli solari in perovskite con efficienza e stabilità migliorate", pubblicato su Nature Energy.