I ricercatori sviluppano un formamidinio altamente stabile

Aug 29, 2023

21 dicembre 2022

dal Centro di eccellenza ARC nella scienza degli eccitoni

Un nuovo percorso per creare un fotovoltaico in perovskite durevole ed efficiente su scala industriale è stato dimostrato attraverso il primo utilizzo efficace dell’acetato di piombo come precursore nella produzione di celle solari in perovskite formamidinio-cesio.

I membri di Exciton Science, con sede presso la Monash University, sono stati in grado di creare celle solari in perovskite con un'efficienza del 21%, i migliori risultati mai registrati per un dispositivo realizzato con una fonte di piombo non alogenuri.

Un mini prototipo di pannello solare dotato di queste celle ha raggiunto un’efficienza del 18,8%. Lo strato di perovskite di ampia area è stato fabbricato in atmosfera ambientale ed è stato realizzato tramite un rivestimento della lama in un unico passaggio, dimostrando la sua potenziale fattibilità per la produzione su scala industriale.

I dispositivi di prova hanno mostrato anche una forte stabilità termica, continuando a funzionare senza perdita di efficienza dopo 3.300 ore di funzionamento a 65°C.

Primo autore Jie Zhao, un dottorato di ricerca. studente presso la Monash University, ha dichiarato: "Siamo stati in grado di utilizzare l'acetato di piombo in un processo di rivestimento a rotazione in un'unica fase per ottenere il film sottile perfetto e di alta qualità di formamidinio-cesio perovskite.

"E poiché non abbiamo bisogno di un agente antisolvente, possiamo farlo tramite tecniche su larga scala, come il rivestimento delle lame, il che significa che è fattibile su scala industriale."

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Energy & Environmental Science.

L'autore corrispondente e collega della Monash University, il dottor Wenxin Mao, ha dichiarato: "La stragrande maggioranza della ricerca sulle celle solari alla perovskite utilizza alogenuri di piombo, in particolare ioduro di piombo.

"Lo ioduro di piombo deve essere puro al 99,99% ed è molto costoso sintetizzare le cellule utilizzando lo ioduro di piombo.

"Siamo il primo gruppo a produrre celle solari alla perovskite formamidinio-cesio altamente stabili utilizzando acetato di piombo anziché ioduro di piombo. Abbiamo fornito all'intera comunità di ricerca un secondo modo per produrre celle solari alla perovskite di alta qualità."

Le celle solari a film sottile realizzate con perovskiti hanno il potenziale per rivoluzionare il settore dell’energia solare, grazie al costo di produzione relativamente basso, alla flessibilità e al gap di banda regolabile rispetto al silicio. Tuttavia, i ricercatori stanno lottando per risolvere i problemi di affidabilità e devono anche trovare un modo per creare dispositivi su scala commerciale praticabile.

Le perovskiti vengono elaborate in soluzione (prodotte in liquido) utilizzando una varietà di ingredienti diversi. La maggior parte degli approcci utilizza alogenuri di piombo e richiede l'inclusione di solventi polari forti con punti di ebollizione elevati e agenti di spegnimento antisolvente per controllare il processo di cristallizzazione della perovskite. Questo complicato meccanismo può portare a difetti nei film sottili, che fanno sì che il dispositivo risultante perda rapidamente efficienza. È anche difficile da controllare.

Il composto chimico acetato di piombo è emerso come un promettente precursore alternativo, perché può creare pellicole sottili ultralisce con meno difetti. Fino ad ora, l’acetato di piombo era stato utilizzato solo per produrre perovskiti a base di metilammonio o cesio, che sono relativamente instabili e non adatte per applicazioni nel mondo reale.

Un candidato migliore per l'uso commerciale può essere trovato nelle perovskiti realizzate utilizzando formamidinio e cesio, grazie alla loro stabilità superiore. I precedenti tentativi di sintetizzarli utilizzando acetato di piombo come precursore sono falliti. Per indagare e risolvere questo problema, i ricercatori, insieme ai loro collaboratori dell’Università di Tecnologia di Wuhan in Cina, hanno esaminato i meccanismi molecolari sottostanti.

Attraverso la diffrazione dei raggi X e la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, hanno identificato la necessità di utilizzare l'ammonio come catione volatile (ione caricato positivamente) in una fase critica.

L'autore collaboratore Dr. Sebastian Fürer ha affermato: "La presenza di ammonio è servita a scacciare l'acetato residuo durante la ricottura, senza formare prodotti collaterali indesiderati".