Il drogaggio P dei polimeri migliora la stabilità delle celle solari in perovskite

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Abstract:
Le celle solari di perovskite hanno attirato una quantità significativa di attenzione della ricerca come alternativa promettente alle celle solari convenzionali a base di silicio, grazie alla loro efficienza nel convertire la luce solare in elettricità. Le celle solari di perovskite sono un ibrido di materiali organici e inorganici e sono costituite da uno strato che raccoglie la luce e uno strato che trasporta la carica.

Il p-doping polimerico migliora la stabilità delle celle solari perovskite

Losanna, Svizzera | Pubblicato il 20 gennaio 2023

Tuttavia, i problemi di stabilità hanno ostacolato la commercializzazione e l'uso diffuso dei PSC e il raggiungimento della stabilità operativa è diventato un grido di battaglia tra gli scienziati del settore. Ora, i ricercatori guidati da Michael Grätzel dell'EPFL e Xiong Li del Michael Grätzel Center for Mesoscopic Solar Cells di Wuhan (Cina) hanno sviluppato una tecnica che affronta i problemi di stabilità e aumenta l'efficienza delle PSC.

I ricercatori hanno introdotto un derivato del fullerene funzionalizzato con acido fosfonico nello strato di trasporto di carica del PSC come "modulatore del bordo del grano", che aiuta a rafforzare la struttura cristallina della perovskite e aumenta la resistenza del PSC a fattori di stress ambientali come il calore e l'umidità.

Il team ha anche sviluppato un polimero radicalico redox-attivo chiamato poli(sale di ossoammonio) che effettivamente "p-dopa" il materiale che trasporta le lacune, un componente cruciale delle PSC. Il polimero, agendo come un "p-drogante", migliora la conducibilità e la stabilità del materiale che trasporta le lacune, un componente cruciale delle celle. Il processo di "p-doping" prevede l'introduzione di portatori di carica elettronici a carica mobile nel materiale per migliorarne la conducibilità e la stabilità, e in questo caso mitigato la diffusione degli ioni di litio, un problema importante che contribuisce all'instabilità operativa dei PSC.

Con la nuova tecnica, gli scienziati hanno raggiunto efficienze di conversione di potenza del 23.5% per piccoli PSC e del 21.4% per "minimoduli" più grandi. Queste efficienze sono paragonabili alle celle solari tradizionali, con l'ulteriore vantaggio di una migliore stabilità per i PSC. Le celle solari hanno mantenuto il 95.5% della loro efficienza iniziale dopo oltre 3200 ore di esposizione continua alla luce solare simulata mantenendo la temperatura a 75°C per l'intero periodo, un miglioramento significativo rispetto ai precedenti progetti PSC.

Il nuovo approccio può rivoluzionare l'uso dei PSC, rendendoli accessibili per l'uso su scala più ampia. I ricercatori ritengono che la loro tecnica potrebbe essere facilmente ampliata per la produzione industriale e potrebbe essere potenzialmente utilizzata per creare moduli PSC stabili e ad alta efficienza.

Altri collaboratori

Università della tecnologia di Wuhan, Wuhan 430070, Hubei, Cina
Università meridionale della scienza e della tecnologia (Shenzhen)
Università di Wuhan, Wuhan 430072, Hubei, Cina
Accademia delle scienze cinese (CAS)

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Nik Papageorgiou
Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna
Ufficio: 41-216-932-105
Contatto esperto

Michael Graetzel
EPFL
Ufficio: +41 21 693 31 12
@EPFL_it

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