Inchiostro di perovskite: verso la fabbricazione di film fotovoltaici su larga scala e di alta qualità.

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inchiostro fotovoltaico

I materiali di perovskite agli alogenuri sono stati ampiamente esplorati per le loro proprietà elettriche, ottiche, magnetiche e catalitiche uniche. In particolare, le celle solari basate su film sottili di perovskite hanno migliorato la loro efficienza di conversione di potenza dal 3,8% a oltre il 25% negli ultimi 12 anni.

Tuttavia, è ancora una sfida sviluppare un inchiostro a base di perovskite, adatto per l’upscaling del processo di fabbricazione di film di perovskite di alta qualità con estrema purezza, buona cristallinità e copertura completa sull’area di deposizione. Ciò è particolarmente importante se i film di perovskite devono essere utilizzati per la produzione in scala di dispositivi optoelettronici. Pertanto, per rendere disponibili in commercio le perovskiti agli alogenuri per varie applicazioni, è fondamentale sviluppare un metodo di deposizione affidabile e altamente robusto, che possa poi essere trasferito all’industria.

I ricercatori dell’Università del Surrey hanno lavorato allo sviluppo di inchiostri precursori di perovskite, adatti per processi di deposizione basati su soluzioni a bassa temperatura e senza vuoto. Questi inchiostri possono essere ulteriormente adattati in base ai requisiti del metodo di deposizione, ovvero con la tecnica di deposizione industrialmente valida chiamata “slot-die coating”. Inoltre viene suggerito un percorso per la preparazione della produzione a basso costo e ad alto volume di film di perovskite su substrati sia rigidi che flessibili. L’approccio presentato è adatto per la fabbricazione di qualsiasi strato funzionale di perovskite, che può essere impiegato in varie applicazioni su larga scala.

Gli inchiostri di perovskite e il metodo di rivestimento presentati consentono la deposizione di film sottili di perovskite MAPbI3 di alta qualità, che hanno mostrato una copertura completa sull’area depositata. Sono state esplorate varie tecniche per innescare la fase di nucleazione e la crescita dei cristalli all’interno del film umido di perovskite.

È stato riscontrato che una temperatura elevata del substrato durante il processo di rivestimento degli inchiostri precursori ha un impatto negativo sul processo di formazione della pellicola. Ciò è correlato al meccanismo di formazione di tipo CGD nel film di perovskite, che si traduce nella formazione di grandi grappoli di grani all’interno del film secco. D’altra parte, il rivestimento della matrice a temperatura ambiente degli inchiostri MAPbI3, accompagnato da un gas inerte, può migliorare efficacemente la qualità del film di perovskite modificando il meccanismo di formazione del film.

La spettroscopia PL e TRPL ha dimostrato che il metodo di deposizione sviluppato può fornire un basso livello di difetti all’interno del film di perovskite. I risultati XRD hanno anche confermato l’elevata cristallinità e purezza dello strato MAPbI3 preparato, con un miglioramento dell’orientamento cristallino. È stato inoltre dimostrato che la ricetta proposta per la deposizione di film di perovskite potrebbe migliorare le caratteristiche optoelettroniche del film finale. Di conseguenza, sono state raggiunte efficienze PSC superiori al 17,5%.

Nel complesso, gli inchiostri precursori di perovskite sviluppati e la tecnica di deposizione del rivestimento slot-die su misura, offrono una produzione conveniente di film di perovskite di alta qualità, adatta a varie applicazioni, attraverso un metodo semplice, affidabile e riproducibile.

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