da Hardware Upgrade :
Della perovskite, un materiale naturalmente ferroelettrico (ovvero capace di interagire con la luce senza essere “drogato”), abbiamo parlato diverse volte, in particolar modo per le sue applicazioni nella costruzione di nuove celle solari, in tandem con il silicio oppure come unico materiale.
A marzo abbiamo dedicato questo articolo al primo tentativo di assemblare una cella solare, composta unicamente da perovskite, senza lo strato di copertura al piombo che, per quanto necessario a proteggere il modulo, in caso di danneggiamento e/o rottura andrebbe a disperdere il metallo pesante nell’ambiente.
La ricerca (a cura della Nanyang Technological University (NTU) e dell’Agenzia per la scienza, la tecnologia e la ricerca (A*STAR) di Singapore) su cui ci eravamo concentrati qualche mese fa aveva come focus creare uno strato di copertura che non coinvolgesse il piombo, utilizzando al suo posto materiale più sostenibili.
Pochi giorni fa, la Pandit Deendayal Energy University (India) ha invece presentato una simulazione di cella solare (con un’efficienza del 10,83%) basata su un nuovo materiale di perovskite, noto col nome di KSnI3, completamente privo di piombo.
Sebbene quest’ultimo sia conosciuto da diverso tempo, e sia già stato utilizzato in applicazioni di celle solari in alcune ricerche precedenti, l’Università indiana è stata la prima ad usarlo come unica componente di un modulo solare.
“Questo non è il primo tentativo di costruire cellule basate su KSnI3”, ha spiegato a pv magazine Grishma Pindolia, autore corrispondente della ricerca. “Nel 2023 sono stati pubblicati altri due articoli che mostrano il potenziale di KSnI3 come materiale assorbente nelle celle solari. Noi, però, ne abbiamo dimostrato le potenzialità reali come unica componente”.
I paper a cui Pindolia ha fatto riferimento durante l’intervista sono:
– “Non-leaded, KSnI3 based perovskite solar cell: A DFT study along with SCAPS simulation”, pubblicato su Materials Chemistry and Physics;
– “Effect of phthalocyanine-based charge transport layers on unleaded KSnI3 perovskite solar cell”, pubblicato su Physica Scripta
Il gruppo di ricerca ha utilizzato uno strato di trasporto di elettroni organici (ETL, Electron Transport Layers) con “una concentrazione dei difetti ottimizzata e migliore interfaccia e densità di drogaggio per la cella solare”, sostenendo che l’uso di questo ETL sia meno costoso di quello degli ETL inorganici basati su materiali come l’ossido di titanio (TiO2) .
“Gli strati di trasporto di carica inorganici (ETL) richiedono tecniche di deposizione complesse, che non sono molto convenienti, mentre le efficienze riportate delle celle solari di perovskite con ETL organici si sono rivelate superiori a quelle con CTL inorganici”, ha spiegato Pindolia.
Gli scienziati hanno utilizzato un modulo numerico e il software di capacità delle celle solari SCAPS-1D, uno strumento di simulazione per celle solari a film sottile sviluppato dall’Università di Gand in Belgio, per simulare una cella solare che utilizza ETL basati su fenil- Estere metilico dell’acido butirrico C61 (PCBM) o buckminsterfullerene (C60).
Hanno anche testato gli HTL organici basati su spiro-OMeTAD, poli-triarilammina (PTAA), polimero regioregolare poli(3-esiltiofene) (P3HT), PEDOT: PSS e D-PBTTT-14.
“Abbiamo ottimizzato la concentrazione dei difetti degli strati e delle interfacce, la densità di drogaggio, lo spessore degli strati, lo shunt e la resistenza in serie del dispositivo”, ha affermato il team, aggiungendo alla simulazione anche l’utilizzo di un contatto metallico in oro e un substrato di ossido di stagno drogato con fluoro (FTO) per la cella solare. “Lo spessore ottimizzato di PTAA, KSnI3 e C60 era rispettivamente di 30 nm, 980 nm e 10 nm”.
I risultati hanno mostrato agli accademici che il dispositivo può raggiungere un’efficienza di conversione pari a 10,83% e un fattore di riempimento dell’80,8%: inoltre, sarebbe in grado anche di raggiungere una tensione a vuoto di 0,76788 V e una corrente di corto circuito di 17,44879 mA/cm2.
Il dispositivo è stato presentato nell’articolo “Effect of organic charge transport layers on unleaded KSnI3 based perovskite solar cell”, pubblicato su Results in Optics.
“Il presente lavoro potrebbe essere utile per progettare celle solari in perovskite a base di stagno prive di piombo e non tossiche in futuro”, ha concluso il team di ricerca.