Migliorate le prestazioni delle celle solari tandem a base di perovskiti e semiconduttori organici grazie a un nuovo strato multifunzione per il trasporto delle lacune
Fotovoltaico tandem perovskite/organico, vantaggi e difetti
Negli ultimi anni, il settore del solare a multigiunzione ha abbracciato un largo numero di combinazioni nel tentativo di superare il celebre limite di Shockley-Queisser. Una di queste è rappresentata dal fotovoltaico tandem perovskite/organico, in cui un’unità superiore a base di perovskiti viene impilata su un’unità inferiore a base di polimeri.
Sulla carta questo matrimonio offre innegabili vantaggi, a partire da un’efficienza di conversione e una durata decisamente più elevate di quelle del tradizionale fotovoltaico organico.
La combinazione appare promettente soprattutto per la produzione di moduli fotovoltaici sottili e flessibili, adatti a dispositivi indossabili e sistemi integrati negli edifici.
Peccato che, nella realtà, le prestazioni delle POTSC (acronimo di Perovskite/organic tandem solar cells) rimangano limitate. La causa? Le perdite di tensione a circuito aperto (VOC – la tensione massima che la cella può produrre in assenza di flusso di corrente) nelle sottocelle in perovskite a banda larga.
La soluzione dell’UNIST, un nuovo strato per le lacune
Una delle strategie messe in campo per superare il problema arriva oggi dall’Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), in Corea del Sud. Qui un nutrito gruppo di scienziati ha progettato e realizzato uno strato multifunzionale selettivo per lacune (mHSL) in grado di dare un boost al fotovoltaico tandem perovskite/organico.
Lo strato in questione è ottenuto miscelando due molecole di monostrato autoassemblato funzionalizzate. Processo che, tra le altre cose, migliora la cristallinità e l’orientamento della perovskite.
Il nuovo strato di trasporto delle lacune, spiega l’ateneo coreano, “è stato progettato con cura per allineare i suoi livelli energetici con lo strato attivo di perovskite, estraendo selettivamente le lacune e bloccando gli elettroni, e riducendo così le perdite dovute alla ricombinazione di carica. Un’estrazione efficiente della carica è essenziale perché, dopo l’assorbimento della luce, elettroni e lacune devono raggiungere i rispettivi elettrodi per generare corrente”. Livelli energetici disallineati causano, infatti, la perdita di carica e la riduzione dell’efficienza.
Celle solari tandem perovskite/organiche più efficienti
Il risultato? Le celle solari tandem perovskite/organiche con il nuovo strato mostrano una tensione a circuito aperto record di 2,216 V e un’efficienza di conversione di potenza del 24,73%. Il valore è uno dei più alti mai registrati a livello globale per questa tecnologia.
Non solo. Il prototipo ha mantenuto oltre l’80% della sua efficienza iniziale dopo un’esposizione prolungata a una temperatura di 65 °C e a illuminazione continua, dimostrando un’eccellente stabilità a lungo termine. I risultati della ricerca appaiono nell’articolo “Exceeding 2.2 V Open‐Circuit Voltage in Perovskite/Organic Tandem Solar Cells via Multi‐Functional Hole‐Selective Layer” su Advanced Energy Materials.
