Arriva direttamente dall’ambito medico un nuovo trattamento per il solare in perovskite. Un gruppo di ricercatori ha impiegato un polimero anticoagulante, ben noto in ambito sanitario, per migliorare l’efficienza e la stabilità delle celle fotovoltaiche in perovskite p-i-n. Parliamo dell’eparina sodica, molecola largamente impiegata nelle malattie tromboemboliche e oggi anche per i difetti interni del fotovoltaico.
Lo studio, frutto della collaborazione tra la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) e una serie di atenei cinesi tra cui l’Università dell’Accademia cinese delle scienze, mirava a risolvere i problemi alle interfacce tra gli strati della cella solare in perovskite.
Qual è la questione? A differenza delle unità in silicio cristallino, quelle in perovskite presentano uno strato di assorbimento della luce molto più sottile, che le rende sia più flessibili che teoricamente più economiche. Allo stesso tempo, tuttavia, tendono a degradarsi più velocemente, in parte proprio a causa dei problemi che tendono a crearsi lì dove i vari materiali si incontrano.
In una cella in perovskite standard sono presenti diversi strati. Dopo vetro ed elettrodo Trasparente Conduttivo (TCO), le unità presentano una struttura n–i–p.
- Lo strato N, posto superiormente, è in genere un materiale per il trasporto degli elettroni (ETL – Electron Transport Layer) drogato con impurità che aumentano la concentrazione di elettroni liberi, ed è in contatto con il TCO.
- Lo strato I, o intrinseco, è il vero e proprio strato attivo della cella, dove avviene l’assorbimento dei fotoni.
- Subito sotto si trova lo strato P, composto da un materiale per il trasporto delle lacune (HTL – Hole Transport Layer) e in diretto contatto con l’elettrodo posteriore.
Un legame debole tra questi strati può ridurre la resistenza meccanica del dispositivo, rendendo l’unità sensibile alla rottura. Allo stesso tempo, difetti a livello delle interfacce possono innescare la degradazione della perovskite, riducendo significativamente l’efficienza della cella.
Per risolvere questi nodi, alcuni ricercatori hanno introdotto piccole molecole per la modifica/passivazione dell’interfaccia. Ma, come spiega Omar F. Mohammed, che ha guidato la ricerca presso la KAUST, queste molecole solitamente non riescono a fornire l’integrità strutturale, l’elevata stabilità meccanica e la flessibilità che polimeri più complessi possono offrire. Polimeri come per l’appunto l’eparina.
Nel dettaglio, l’eparina sodica presenta gruppi funzionali e ioni, tra cui COO−, SO3− e Na+, distribuiti lungo i lati superiore e inferiore del suo scheletro. Funge quindi da ponte che collega lo strato di trasporto degli elettroni a quello intrinseco attraverso un robusto legame chimico.
Il team ha inserito un sottile film di eparina sodica, spesso solo 3-5 nanometri, tra gli strati di perovskite e l’ossido di stagno. L’approccio ha permesso, allo stesso tempo, di attenuare i difetti, migliorando il legame eterointerfacciale. Il risultato: l’efficienza di conversione del solare in perovskite con eparina ha raggiunto il 26,61% (certificata al 26,54%) con una struttura rigida, valore che la posiziona allo stesso livello delle unità in perovskite più efficienti.
Le celle solari in perovskite flessibili hanno invece mostrato un’efficienza del 25,23%, garantendo la possibilità di essere piegate 1.000 volte senza grandi perdite nella resa complessiva. Non solo. Il risultato finale si è dimostrato molto più stabile delle controparti senza eparina, riuscendo a mantenere circa il 95% della sua potenza originale dopo 1.800 ore di funzionamento, anche se esposto a una temperatura di 85°C.
Leggi lo studio “Enhancing the efficiency and stability of perovskite solar cells via a polymer heterointerface bridge”