Le celle solari in perovskite sono una delle tecnologie di celle solari in più rapida crescita al mondo. Questi elementi sono a strati sottili, leggeri, flessibili e sono realizzati con materiali a basso costo. Tuttavia, questo tipo di cella solare deve ancora affrontare un problema importante: la rapida degradazione del materiale perovskite in condizioni ambientali.
La passivazione è un modo semplice ma efficace per migliorare la stabilità delle celle solari in perovskite ed è stata considerata una delle strategie più efficaci per eliminare i difetti dei materiali in perovskite e i loro effetti negativi. La superficie in perovskite passivata diventa più resistente alle condizioni ambientali come temperatura o umidità e più stabile, estendendo la durata del dispositivo.
I chimici della Kaunas University of Technology, insieme ai ricercatori dei centri scientifici in Cina, Italia, Lituania, Svizzera e Lussemburgo, hanno migliorato significativamente la stabilità delle celle solari in perovskite utilizzando il metodo della passivazione. La superficie della perovskite diventa chimicamente inattiva durante la passivazione, eliminando così i difetti di perovskite che si verificano durante la produzione. Le celle solari in perovskite che ne derivano raggiungono un'efficienza del 23,9% con stabilità operativa a lungo termine (oltre 1000 ore).
"La passivazione è stata applicata in precedenza, ma finora si sta formando uno strato bidimensionale (2D) di perovskite sul tradizionale assorbitore di luce tridimensionale (3D) in perovskite, rendendo difficile il movimento dei vettori, specialmente a temperature più elevate. È fondamentale evitare questo perché le celle solari diventano calde", ha affermato il co-autore dell'invenzione, il ricercatore capo della KTU Dr. Kasparas Rakštys.
Per affrontare questo problema, un team internazionale di ricercatori ha condotto uno studio che ha stimato l'energia minima richiesta per formare perovskiti 2D. La superficie dello strato di perovskite 3D è stata passivata da diversi isomeri di ioduro di feniletilammonio sintetizzati da KTU. Questi isomeri hanno la stessa formula molecolare ma diverse disposizioni di atomi nello spazio, determinando la probabilità di formazione di perovskite 2D.
I ricercatori del Politecnico federale di Losanna (EPFL) in Svizzera hanno testato i materiali in mini-moduli solari in perovskite. Questi mini-moduli hanno raggiunto un'efficienza record di conversione dell'energia solare del 21,4%. La superficie dello strato di perovskite dei moduli mini-solari da record è stata rivestita con materiali sviluppati dai chimici KTU.
"Lo studio si è dimostrato abbastanza efficace nel prevenire gli effetti negativi della passivazione sulle celle solari. È stato scoperto che un isomero con i gruppi di passivazione più vicini tra loro porta ad una passivazione più efficiente a causa dell'ostacolo sterico che evita la formazione di perovskite 2D. È interessante notare che l'ostacolo sterico viene anche utilizzato come strumento in diverse aree della chimica per prevenire o rallentare reazioni indesiderate", ha affermato il ricercatore KTU.
Al momento, i ricercatori della KTU stanno lavorando con colleghi di altri paesi per produrre materiali funzionali porosi e nuove composizioni di perovskite. I ricercatori della KTU sintetizzano, testano e mirano ad applicare nuovi materiali per la produzione di celle solari più efficienti e stabili. "Questa è un'area molto attraente perché le celle solari in perovskite sono attualmente una delle tecnologie in più rapida crescita e la loro commercializzazione di successo potrebbe contribuire alle soluzioni per il cambiamento climatico", ha affermato il Dr. Rakštys.
Questa non è la prima volta che gli scienziati della KTU hanno stabilito un record mondiale nelle tecnologie solari. I chimici KTU, insieme ai fisici dell'Istituto di ricerca Helmholtz-Zentrum (HZB) di Berlino, hanno migliorato l'efficienza delle celle solari tandem silicio-perovskite, che ora si attesta al 29,8%. È un record mondiale per questo tipo di soluzione.