I ricercatori raggiungono una stabilità record del modulo solare in perovskite sotto stress da luce, calore e raggi UV
I ricercatori raggiungono una stabilità record del modulo solare in perovskite sotto stress da luce, calore e raggi UV
Da: PV Magazine
Un team di ricerca internazionale ha sviluppato un nuovo interstrato di perovskite bidimensionale basato su una strategia di ingegneria co-cristallina per film di perovskite più robusti. Ha dimostrato prestazioni migliorate nelle celle solari a perovskite di piccola area e, in un modulo da 48 cm2, ha contribuito a mantenere il 95% dell'efficienza iniziale dopo 5.000 ore.
Immagine: Narges Yaghoobi Nia, Iritaly Trading Company
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Un team di ricerca internazionale ha raggiunto una stabilità record dei moduli solari in perovskite sotto stress da luce, calore e raggi UV grazie a una tecnologia di passivazione basata su principi chimici e compatibile con le esigenze industriali. In particolare, un modulo dimostrativo da 48 cm² ha mantenuto circa il 95% dell'efficienza iniziale dopo 5.000 ore di esposizione alla luce solare e al punto di massima potenza (MPP).
"La novità principale di questo lavoro è l'introduzione di una strategia di ingegneria co-cristallina per perovskiti bidimensionali (2D) basata su molecole neutre, piuttosto che sui convenzionali cationi ionici voluminosi", ha detto l'autore corrispondente Narges Yaghoobi Nia rivista fotovoltaica, aggiungendo che lo studio ha dimostrato che le molecole a base di triazina neutra, note come benzoguanamina (BGA), possono agire come "coformatori per assemblarsi in una fase cocristallina di perovskite 2D stechiometrica attraverso interazioni intermolecolari anziché scambio ionico".
I ricercatori hanno stabilito che il BGA passiva selettivamente sia le lacune alogenuri che quelle cationiche nei film sottili compositi di perovskite "formando forti addotti di Lewis e legami intermolecolari", agendo come agente multifunzionale.
"Questi film di perovskite 2D basati su BGA bloccano efficacemente la migrazione degli ioni 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, è stato anche innovativo utilizzare solventi non polari e compatibili con l'industria per evitare danni allo strato 3D.
Una dimostrazione dei film trattati in celle solari perovskite ottimizzate ha portato a un mantenimento dell'efficienza di oltre il 95% dopo 5.000 ore di esposizione alla luce solare e in condizioni di MPP. Nei test di stress termico, il dispositivo target ha mantenuto un'efficienza di oltre il 91% dopo 5.000 ore a 85 °C e un'efficienza di oltre il 98% dopo 1.000 ore di esposizione continua ai raggi UV e monitoraggio MPP in condizioni atmosferiche.
I ricercatori hanno anche realizzato moduli con un'area attiva fino a 48 cm² che avevano il 18,5%efficienza di conversione della potenzae livelli di stabilità superiori ai requisiti commerciali IEC/ISOS. Le celle solari di piccola superficie avevano un'efficienza del 23,4%.
"Il nostro metodo di ingegneria dei co-cristalli mostra un netto miglioramento sia in termini di efficienza che di stabilità rispetto ai risultati precedentemente pubblicati", hanno osservato i ricercatori. "Insieme, questi progressi affrontano direttamente uno degli ultimi grandi ostacoli alla commercializzazione della perovskite: la stabilità a lungo termine del modulo in condizioni operative realistiche", ha affermato Yaghoobi Nia.
Per quanto riguarda la producibilità, il processo di ingegneria dei cocristalli è stato progettato per essere compatibile con i flussi di lavoro di produzione di perovskite esistenti.
"Dal punto di vista del processo, si tratta di un singolo passaggio di deposizione aggiuntivo su uno strato di perovskite 3D standard", ha spiegato Yaghoobi Nia, aggiungendo che non richiede sintesi complesse, lavorazioni ad alta temperatura, fasi di vuoto o nuovi strumenti ad alta intensità di capitale. "Questo riduce la barriera per il trasferimento tecnologico alle tecnologie esistentiLinee di produzione fotovoltaica”, ha osservato.
Lo strato co-cristallino 2D è formato dalla deposizione in soluzione di 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 in ulteriori fasi di produzione. Questo rende l'approccio estremamente interessante per l'espansione su larga scala e l'adozione industriale", ha sottolineato Yaghoobi Nia.
La ricerca è stata guidata da un team di Iritaly Trading Company e dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), a cui si sono uniti ricercatori dell'Università di Roma Tor Vergata, dell'Istituto di struttura della materia, dell'Argonne National Laboratory e della Greatcell Solar con sede in Italia.
I ricercatori hanno valutato il lavoro con BGA come un "composto rivoluzionario per la realizzazione di fasi perovskite co-cristalline a bassa dimensionalità uniche utilizzando solventi non polari, che portano a dispositivi perovskiti altamente efficienti e stabili".
È dettagliato in "Ingegneria co-cristallina di una fase perovskite bidimensionale per moduli solari perovskite con efficienza e stabilità migliorate", pubblicato in Energia della Natura.