Gli scienziati hanno trovato un modo per migliorare in modo significativo la stabilità operativa ad alta temperatura delle celle fotovoltaiche in perovskite, un prerequisito per il loro utilizzo nelle reti elettriche di terawatt.
Le celle fotovoltaiche in perovskite (PSC) sono al centro dell’attenzione per la loro elevata efficienza di conversione dell’energia e per il basso costo di lavorazione. Tuttavia, garantire la loro stabilità alle alte temperature è una sfida, poiché i punti di contatto tra i diversi strati ("interfacce") possono degradarsi, con conseguente perdita di energia e riduzione delle prestazioni.
In un recente studio, i ricercatori hanno scoperto di poter ridurre la degradazione dei PSC ad alte temperature utilizzando anilini fluorurati, una classe di composti utilizzati in campo farmaceutico, agrochimico e nella scienza dei materiali. Lo studio è stato condotto da Michael Grätzel dell’EPFL, Edward Sargent dell’Università di Toronto e Kenneth Graham dell’Università del Kentucky. È stato pubblicato sulla rivista Science.
I ricercatori hanno incorporato alogenuri di anilinio fluorurati durante la fase di "passivazione interfacciale" della produzione di PSC. La passivazione interfacciale è una tecnica per migliorare la stabilità e le prestazioni delle interfacce tra strati o materiali diversi, al fine di ridurre i difetti e la ricombinazione delle cariche e migliorare l’efficienza e la stabilità complessive.
L’aggiunta di alogenuri di anilinio fluorurati ha migliorato la stabilità dei PSC evitando il progressivo inserimento di molecole di tensioattivi attualmente utilizzate per la passivazione dell’interfaccia. Ciò ha impedito la continua penetrazione di queste molecole nella struttura del materiale di perovskite, che distrugge l’integrità dei cristalli, portando alla degradazione dei PSC e a una riduzione delle loro prestazioni.
Utilizzando questo approccio, gli scienziati hanno ottenuto un’efficienza di conversione di potenza quasi stazionaria certificata del 24,09% per i PSC a struttura inversa. Quando hanno testato un PSC incapsulato - un dispositivo contenuto in un involucro protettivo - a una temperatura di 85°C, con un’umidità relativa del 50% e un’illuminazione solare pari a 1 (l’intensità della luce solare in condizioni normali di cielo sereno a mezzogiorno), il dispositivo ha funzionato alla sua massima potenza per ben 1.560 ore (circa 65 giorni) mantenendo la sua funzionalità ed efficienza.
Questa scoperta rappresenta un importante contributo alla stabilità dei PSC e fornisce una potenziale soluzione per migliorarne le prestazioni, la durata e l’affidabilità in ambienti ad alta temperatura, avvicinandoci alla diffusione su scala terawatt di questa promettente tecnologia fotovoltaica.
Riferimenti
So Min Park, Mingyang Wei, Jian Xu, Harindi R. Atapattu, Felix T. Eickemeyer, Kasra Darabi, Luke Grater, Yi Yang, Cheng Liu, Sam Teale, Bin Chen, Hao Chen, Tonghui Wang, Lewei Zeng, Aidan Maxwell, Zaiwei Wang, Keerthan R. Rao, Zhuoyun Cai, Shaik M. Zakeeruddin, Jonathan T. Pham, Chad M. Risko, Aram Amassian, Mercouri G. Kanatzidis, Kenneth R. Graham, Michael Grätzel, Edward H. Sargent. L’ingegnerizzazione della reattività dei ligandi consente il funzionamento ad alta temperatura di celle solari stabili in perovskite. Science 14 luglio 2023. adi4107
