La ricerca sul perovskite passa dagli additivi singoli alla chimica multifunzionale

Gli zwitterioni come additivi multifunzionali

Gli zwitterioni sono molecole neutre che portano cariche positive e negative. Secondo la rassegna, la doppia carica fa più che passivare i difetti.

Una singola unità molecolare può occuparsi della passivazione dei difetti, della modulazione della cristallizzazione e della regolazione dei livelli energetici all'interfaccia. È una combinazione che, secondo gli autori, i passivatori convenzionali di Lewis acido/base e gli additivi ionici singoli non offrono. La cosa conta perché le celle al perovskite perdono ancora efficienza a causa dei difetti e si degradano con calore e umidità. Ogni additivo deve quindi migliorare insieme prestazioni e durata. Le efficienze riportate restano a livello di laboratorio. Né la vita dei moduli commerciali né le rese di produzione compaiono nei risultati pubblicati.

Gli zwitterioni di tipo betaina sono i più studiati, si legge nella rassegna. Nei perovskite di stagno l'amminoacido L-asparagina ha portato l'efficienza della cella dal 10,54% al 13,31%.

L'acido formamidina solfinico ha permesso di raggiungere il 22,06% in un dispositivo a banda larga. Secondo gli autori, l'efficacia di questi meccanismi dipende dalla struttura molecolare, da come il composto viene incorporato e da dove si colloca nel dispositivo. Gli zwitterioni di tipo liquido potrebbero risolvere il problema della scarsa solubilità, aggiungono.

Automazione e additivi salini puntano alla formazione del film

All'Università di Osaka i ricercatori hanno costruito una piattaforma automatizzata che osserva la formazione del film di perovskite mentre avviene. Misura i cambiamenti di colore su scala sub-secondo e risolve il movimento e l'impatto delle gocce di antisolvente entro pochi millisecondi. Asia Research News ha riportato il 2 novembre che il sistema, descritto su ACS Nano, abbina queste misure all'apprendimento automatico. Il gruppo ha poi usato l'analisi per guidare la fabbricazione di un dispositivo al piombo che ha raggiunto il 24,4% di efficienza di conversione energetica.

«Vogliamo andare oltre il metodo per tentativi misurando ciò che accade al film mentre si forma davvero», ha detto l'autore principale Ryosuke Kado.

Su un altro fronte, i ricercatori dell'Argonne National Laboratory hanno usato due sali, bromuro di zinco e cloruro di metilammonio, per abbassare il punto di fusione dei precursori del perovskite. Il film si liquefa brevemente, poi gli atomi si dispongono in una struttura più uniforme. Nanowerk ha riportato il 30 ottobre che il metodo, pubblicato su Science, ha prodotto una cella solare con il 26,5% di efficienza e un LED con il 26,1% di efficienza quantica esterna. «I difetti sono il collo di bottiglia dei perovskite da quasi un decennio», ha detto l'autrice dello studio Yanqi Luo.

La stabilità passa da una fase di rimozione del litio

La stabilità è l'altra metà del problema. Gli scienziati del Korea Institute of Energy Research hanno usato ossido di nichel per estrarre gli ioni litio dallo strato di trasporto delle lacune, per poi rimuoverli per filtrazione, ha riportato pv magazine il 27 ottobre. La cella migliore ha raggiunto il 25,24% di efficienza e ha mantenuto più del 90% di quella iniziale dopo 500 ore di funzionamento continuo. Ha conservato il 95% nella prova di caldo umido a 85 C e 85% di umidità relativa. Il processo consente l'ossidazione dello spiro-OMeTAD in meno di cinque secondi senza l'additivo tBP, e la conducibilità dello strato di trasporto delle lacune è salita di un fattore 2,5.

Il divario di efficienza resta

Non tutti i risultati si collocano nella stessa fascia. Un articolo di Bioengineer.org del 26 ottobre descriveva una cella di ioduro di cesio e stagno che ha raggiunto il 10,76% dopo una riprogettazione guidata da un modello, in aumento rispetto all'8,98% di una versione non ottimizzata. I perovskite di stagno evitano il piombo ma si ossidano all'aria, e questo li ha tenuti dietro ai rivali a base di piombo.

I dispositivi tandem interamente in perovskite sono più avanti. Dispositivi reali di quella classe hanno raggiunto il 30,1%, contro un massimo teorico vicino al 45%, ha riportato Bioengineer.org il 30 ottobre.

Uno studio di simulazione della Huazhong University of Science and Technology prevedeva il 31,13% per una cella tandem con interfacce anteriori e sepolte dentellate, un aumento del 3,41% rispetto alla base piatta, ha riportato Bioengineer.org il 30 ottobre. Le simulazioni non sono dispositivi. Il divario tra i due numeri è il punto in cui si gioca ancora l'argomento commerciale.