Els investigadors aconsegueixen un rècord d'estabilitat del mòdul solar de perovskita sota la llum, la calor i l'estrès UV

Un equip d'investigació internacional ha aconseguit una estabilitat rècord dels mòduls solars de perovskita sota l'estrès de la llum, la calor i els UV amb una tecnologia de passivació-compatible amb la indústria-impulsada per la química. En particular, un mòdul de demostració de 48 cm2 va retenir al voltant del 95% de la seva eficiència inicial després de 5.000 h de remull de llum solar i punt de màxima potència (MPP).

"La novetat clau d'aquest treball és la introducció d'una estratègia d'enginyeria co-cristallina per a perovskites bi{-dimensionals (2D) basada en molècules neutres, en lloc de cations voluminosos iònics convencionals", va dir l'autor corresponent Narges Yaghoobi Nia a la revista pv, i va afegir que l'estudi va demostrar que les molècules de triazina neutres, conegudes com a molècules de benzoguana B, actuen com neutres. com a "coformadors per muntar-se en una fase de co-perovskita 2D estequiomètrica mitjançant interaccions intermoleculars en lloc d'intercanvi iònic".

Els investigadors van determinar que BGA va passivar selectivament tant les vacants d'halogenurs com de catiònics a les pel·lícules primes compostes de perovskita "formant forts adductes de Lewis i enllaços intermoleculars", actuant com un agent multifuncional.

"Aquestes pel·lícules de perovskita 2D basades en BGA-bloquegen eficaçment la migració iònica i la desgasificació de cations MA+ volàtils sota una il·luminació ambiental prolongada", van dir els investigadors, i van afegir que la fase estable de perovskita 2D no va alterar l'estequiometria original de la perovskita 3D.

També va ser nou utilitzar dissolvents no-polars i compatibles amb la indústria-per evitar danys a la capa 3D, segons Yaghoobi Nia.

Una demostració de les pel·lícules tractades en cèl·lules solars de perovskita optimitzades va donar lloc a una retenció d'eficiència de més del 95% després de 5.000 h de remull amb llum solar i condicions MPP. Sota les proves d'estrès tèrmic, el dispositiu objectiu tenia una retenció d'eficiència superior al 91% després de 5.000 h a 85 C i una retenció d'eficiència superior al 98% sota 1.000 h d'exposició contínua a UV i seguiment de MPP en condicions atmosfèriques.

Els investigadors també van fabricar mòduls amb una superfície activa de fins a 48 cm² que tenien un 18,5% d'eficiència de conversió d'energia i nivells d'estabilitat més enllà dels requisits comercials IEC/ISOS. Les cèl·lules solars de -àrea petita tenien una eficiència del 23,4%.

"El nostre mètode d'enginyeria de co-cristalls mostra una clara millora tant de l'eficiència com de l'estabilitat en comparació amb els resultats publicats anteriorment", van assenyalar els investigadors. "En conjunt, aquests avenços aborden directament una de les últimes barreres importants per a la comercialització de perovskites: l'estabilitat del mòdul a llarg termini-en condicions de funcionament realistes", va dir Yaghoobi Nia.

Pel que fa a la fabricabilitat, el procés d'enginyeria de co-cristall es va dissenyar per ser compatible amb els fluxos de treball de fabricació de perovskites existents.

"Des del punt de vista del procés, és un únic pas de deposició addicional a la part superior d'una capa estàndard de perovskita 3D", va explicar Yaghoobi Nia, i va afegir que no requereix síntesi complexa, processament a alta-temperatura, passos al buit o noves eines intensives-de capital. "Això redueix la barrera per a la transferència de tecnologia a les línies de fabricació fotovoltaica existents", va assenyalar.

La capa de co-cocristall 2D es forma mitjançant la deposició de solució a partir d'un dissolvent no-polar, seguit d'un recuit tèrmic suau. "És important destacar que la complexitat és química més que no tecnològica. La innovació rau en el disseny molecular i la química interfacial, no en passos de fabricació afegits. Això fa que l'enfocament sigui molt atractiu per a l'escalada-i l'adopció industrial", va subratllar Yaghoobi Nia.

La investigació va ser dirigida per un equip de l'Iritaly Trading Company i l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), juntament amb investigadors de la Universitat de Roma Tor Vergata, Institut d'Estructura de la Matèria, Laboratori Nacional d'Argonne, Itàlia-, amb seu a Greatcell Solar.

Els investigadors van valorar que el treball amb BGA representa un "compost innovador per a la realització de fases de perovskita de baixa-dimensions de co-cristalls úniques mitjançant dissolvents no-polars, donant lloc a dispositius de perovskita altament eficients i estables".

Es detalla a "Enginyeria de co-cristalls d'una fase de perovskita bi-dimensional per a mòduls solars de perovskita amb eficiència i estabilitat millorades", publicat a Nature Energy.