Fonte: scitechdaily.com
Gli scienziati dei materiali della Rice University utilizzano ingredienti inorganici per limitare i difetti, mantenere l'efficienza.
Gli scienziati della Rice University credono di aver superato un grande ostacolo impedendo alle celle solari a base di perovskite di raggiungere un uso corrente.
La ricercatrice post-dottorato della Rice University Jia Liang detiene celle solari perovskite sviluppate con tutti i materiali inorganici. Il controllo dei difetti nelle cellule eliminando i componenti organici li ha resi più robusti mantenendo la loro efficienza di conversione di potenza. Credito: Jeff Fitlow / Rice University
Attraverso l'uso strategico dell'elemento indio per sostituire parte del piombo nelle perovskiti, lo scienziato Jun Rice e i suoi colleghi della Brown School of Engineering affermano di essere in grado di ingegnerizzare meglio i difetti delle celle solari al piombo-ioduro che influisce sul gap di banda del composto, una proprietà fondamentale per l'efficienza delle celle solari.
Come vantaggio collaterale, le celle di nuova formulazione del laboratorio possono essere realizzate all'aria aperta e durare per mesi anziché giorni con un'efficienza di conversione solare leggermente superiore al 12%.
I risultati del team Rice sono stati pubblicati su Advanced Materials ieri, 4 novembre 2019.
Le perovskiti sono cristalli con reticoli simili a cubi che sono noti per essere efficienti raccoglitori di luce, ma i materiali tendono ad essere stressati dalla luce, dall'umidità e dal calore.
Non i perovskiti di riso, disse Lou.
"Dal nostro punto di vista, questo è qualcosa di nuovo e penso che rappresenti un importante passo avanti", ha detto. “Questo è diverso dai tradizionali perovskiti tradizionali di cui la gente parla da 10 anni: gli ibridi inorganici-organici che ti danno la massima efficienza finora registrata, circa il 25%. Ma il problema con quel tipo di materiale è la sua instabilità.
"Gli ingegneri stanno sviluppando strati di copertura e cose per proteggere quei materiali preziosi e sensibili dall'ambiente", ha detto Lou. “Ma è difficile fare la differenza con i materiali intrinsecamente instabili stessi. Ecco perché abbiamo deciso di fare qualcosa di diverso. "
Un'immagine al microscopio elettronico mostra una sezione trasversale della cellula solare perovskite completamente inorganica sviluppata alla Rice University. Dall'alto, gli strati sono un elettrodo di carbonio, perovskite, ossido di titanio, ossido di stagno drogato con fluoro e vetro. La barra della scala equivale a 500 nanometri. Credito: Lou Group / Rice University
Jia Liang, ricercatrice post-dottorato di Rice e autrice principale, ha costruito e testato celle solari perovskite di cesio inorganico, piombo e ioduro, le stesse cellule che tendono a guastarsi rapidamente a causa di difetti. Ma aggiungendo bromo e indio, i ricercatori sono stati in grado di eliminare i difetti nel materiale, aumentando l'efficienza sopra il 12% e la tensione a 1,20 volt.
Come bonus, il materiale si è dimostrato eccezionalmente stabile. Le cellule sono state preparate in condizioni ambientali, resistendo all'elevata umidità di Houston, e le cellule incapsulate sono rimaste stabili nell'aria per più di due mesi, molto meglio dei pochi giorni in cui sono durate le normali cellule di ioduro di piombo-cesio.
Una vista schematica mostra una cella solare in perovskite completamente inorganica sviluppata dagli scienziati dei materiali della Rice University. Credito: Lou Group / Rice University
"La massima efficienza per questo materiale può essere di circa il 20% e, se riusciamo ad arrivarci, questo può essere un prodotto commerciale", ha detto Liang. "Ha vantaggi rispetto alle celle solari a base di silicio perché la sintesi è molto economica, basata sulla soluzione e facile da scalare. Fondamentalmente, basta spargerlo su un substrato, lasciarlo asciugare e hai la tua cella solare. "
Riferimento: "Celle solari perovskite all-inorganiche ad alta efficienza abilitate per ingegneria" di Jia Liang, Xiao Han, Ji-Hui Yang, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Jing Zhang, Qing Ai, Meredith M. Ogle, Tanguy Terlier, Angel A. Martí e Jun Lou, 4 novembre 2019, Advanced Materials .
DOI: 10.1002 / adma.201903448
Co-autori dell'articolo sono Xiao Han della Northwestern Polytechnical University, Cina; Ji-Hui Yang dell'Università Fudan, Shanghai; e studenti laureati Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, ricercatore post dottorato Jing Zhang, visitatore accademico Qing Ai, specialista di ricerca Tanguy Terlier e Angel Martí, professore associato di chimica, bioingegneria, scienze dei materiali e nanoingegneria. Lou è professore di scienza dei materiali e nanoingegneria e di chimica.
La ricerca è stata sostenuta dalla Fellowship post-dottorato in nanotecnologia di Peter M. e Ruth L. Nicholas, la Welch Foundation, il China Scholarship Council e la National Science Foundation.
