Il monostrato autoassemblante può migliorare anche le celle solari di perovskite senza piombo
La progettazione di molecole mirate ha portato al successo
Le celle solari in perovskite di stagno non solo non sono tossiche, ma sono anche potenzialmente più stabili delle celle solari in perovskite contenenti piombo. Tuttavia, sono anche significativamente meno efficienti. Ora un team internazionale è riuscito a ridurre le perdite nello strato di contatto inferiore delle celle solari in perovskite di stagno: Gli scienziati hanno identificato dei composti chimici che si auto-assemblano in uno strato molecolare che si adatta molto bene alla struttura reticolare delle perovskiti di stagno. Su questo monostrato è possibile coltivare perovskite di stagno di eccellente qualità optoelettronica, che aumenta le prestazioni della cella solare.
Un monostrato autoassemblato di fenotiazina consente la formazione di film di perovskite con una buona qualità optoelettronica e minimizza le perdite per ricombinazione.
© 10.1002/aenm.202500841
I semiconduttori di perovskite sono un nuovo ed entusiasmante materiale da utilizzare nelle celle solari. Sono estremamente sottili e flessibili, facili ed economici da produrre e altamente efficienti. Tuttavia, prima che le celle solari di perovskite possano essere commercializzate su larga scala, è necessario superare due ostacoli: in primo luogo, non sono ancora stabili per decenni e, in secondo luogo, i materiali di perovskite più potenti contengono piombo. Un'alternativa interessante e non tossica che si sta studiando all'HZB è rappresentata dalle celle solari a perovskite di stagno, che sono potenzialmente più stabili delle loro controparti contenenti piombo. Grazie alle loro speciali proprietà elettro-ottiche, sono particolarmente adatte alle celle solari tandem e triple. Tuttavia, le celle solari a base di perovskite di stagno sono ancora lontane dal raggiungere le alte efficienze delle perovskiti a base di piombo.
SAM nelle perovskiti di stagno
Nelle attuali celle solari in perovskite di stagno, lo strato di contatto più basso è prodotto con PEDOT:PSS. Questo processo non solo è complicato, ma comporta anche delle perdite. Tuttavia, nelle perovskiti di piombo, lo strato di PEDOT:PSS può essere sostituito con una soluzione più elegante: monostrati auto-organizzati (SAM) che hanno persino portato a nuovi record di efficienza.
Finora, gli esperimenti con i SAMs basati sul composto MeO-2PACz nelle perovskiti di stagno hanno dato risultati inferiori rispetto al PEDOT:PSS. Tuttavia, il ricercatore principale Dr. Artem Musiienko era convinto che i SAM potessero offrire vantaggi anche nelle perovskiti di stagno.
Insieme ai suoi collaboratori, ha analizzato i potenziali problemi legati all'uso di MeO-2PACz come strato di contatto per la perovskite di stagno. I calcoli della teoria funzionale della densità hanno rivelato che l'interfaccia risultante non si allinea bene con il reticolo di perovskite adiacente, causando perdite sostanziali.
Fenotiazina: una soluzione migliore
Il team ha quindi cercato molecole alternative di monostrato autoassemblato (SAM) che consentissero un migliore adattamento. Hanno scoperto la fenotiazina, un gruppo funzionale contenente zolfo, abbreviato in Th-2EPT. Tadas Malinauskas e Mantas Marčinskas della Kaunas University of Technology in Lituania hanno sintetizzato il nuovo composto. Rispetto al PEDOT, il Th-2EPT consente la formazione di film di perovskite con cristallinità comparabile, anche se con grani più piccoli. Le celle solari di perovskite di stagno con un SAM di Th-2EPT superano le celle di controllo realizzate con PEDOT o MeO-2PACz. Il Th-2EPT produce un'interfaccia eccezionalmente buona che riduce al minimo le perdite per ricombinazione.
Abbiamo dimostrato che le prestazioni del fotovoltaico a base di perovskite di stagno possono essere migliorate in modo significativo attraverso una progettazione molecolare mirata e razionale", afferma Artem Musiienko. Le nuove celle solari in perovskite di stagno con Th-2EPT raggiungono un'efficienza dell'8,2%. Questi risultati gettano le basi per ulteriori miglioramenti delle interfacce della perovskite di stagno, aprendo la strada allo sviluppo di celle solari tandem in perovskite di stagno pura. Dimostriamo che le prestazioni più elevate derivano dall'eccellente qualità optoelettronica della perovskite cresciuta sul nuovo SAM", afferma Valerio Stacchini, uno dei primi autori dell'articolo.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Valerio Stacchini, Madineh Rastgoo, Mantas Marčinskas, Chiara Frasca, Kazuki Morita, Lennart Frohloff, Antonella Treglia, Thomas W. Gries, Orestis Karalis, Vytautas Getautis, Florian Ruske, Annamaria Petrozza, Norbert Koch, Hannes Hempel, Tadas Malinauskas, Antonio Abate, Artem Musiienko; "Phenothiazine‐Based Self‐Assembled Monolayer with Thiophene Head Groups Minimizes Buried Interface Losses in Tin Perovskite Solar Cells"; Advanced Energy Materials, Volume 15, 2025-6-29
Altre notizie dal dipartimento scienza
