Un team di ricerca della National University of Singapore ha sviluppato una nuova cella solare tandem perovskite-organica, certificata per raggiungere un'efficienza di conversione di potenza (PCE) del 26.4% in un'area attiva di 1 cm², stabilendo un nuovo record mondiale per dispositivi di questo tipo. I risultati sono stati pubblicati sull'ultimo numero di Nature.

Il team ha sottolineato che la cella tandem di nuova concezione unisce estrema sottigliezza e flessibilità, consentendone in futuro l'integrazione diretta in apparecchiature basate sull'intelligenza artificiale, come droni, tessuti intelligenti e dispositivi indossabili, per fornire energia pulita.

Innovazione rivoluzionaria: assorbitore organico a banda stretta

Al centro di questo progresso c'è il pionieristico assorbitore organico a banda stretta del team. Funzionando come una "trappola fotonica" di precisione, cattura efficacemente i fotoni nella regione del vicino infrarosso (NIR), superando con successo un collo di bottiglia tecnico di lunga data nello sviluppo di celle solari tandem a film sottile.

Sebbene i bandgap sintonizzabili dei materiali perovskiti e semiconduttori organici offrano il potenziale per superare i limiti teorici di efficienza, il basso assorbimento NIR ha costantemente ostacolato i progressi.

Progettazione molecolare innovativa

Per affrontare questa sfida, il team ha ideato un accettore organico asimmetrico. Questa struttura non solo estende l'intervallo di assorbimento della luce nelle regioni del NIR profondo, ma mantiene anche una forza motrice sufficiente per la separazione di carica, consentendo al contempo un allineamento molecolare altamente ordinato. Attraverso la spettroscopia ultraveloce e l'analisi della fisica dei dispositivi, il team ha confermato che questo design consente un'efficiente raccolta di carica con una minima perdita di energia.

Integrazione e prestazioni dei dispositivi

In pratica, i ricercatori hanno sovrapposto questa sottocella organica ad alte prestazioni con una cella superiore in perovskite, integrandole tramite uno strato intermedio di ossido conduttivo trasparente. I risultati principali includono:

● 27.5% PCE per un microdispositivo da 0.05 cm2

● 26.7% PCE per un dispositivo standard da 1 cm2

● Efficienza certificata in modo indipendente del 26.4% per la cella da 1 cm2

Questo risultato non solo infrange il record del tandem perovskite-organico, ma supera anche le prestazioni delle celle perovskite-CIGS e perovskite a giunzione singola delle stesse dimensioni.