Analisi dei materiali investigati e relativi metodi di caratterizzazione per contatti elettrici, interfacce e elettroliti per sistemi fotovoltaico-accumulo a tre terminali

In questa LA sono state investigate le proprietà di Perovskiti di composizione CsPbI3 in quanto esse presentano una ampiezza di manda proibita relativamente elevata, ~1.8eV, che ben si presta ad un buon accoppiamento ottico con celle DSC per BIPV. L’assorbimento in PSC con CsPbI3 è infatti complementare a quello che si verifica in celle DSC, con il requisito aggiuntivo della semitrasparenza del materiale legata all’ampiezza della banda proibita. Gli ossidi cresciuti di composizione TiO2 sono materiali standard nelle architetture PSC e DSC, pertanto con opportuna configurazione elettronica, con il requisito aggiuntivo di un’alta trasparenza nel visibile anche correlata alla purezza ed ordine reticolare dei materiali cresciuti con metodo gig-lox. Sono stati testati diversi materiali di interfaccia sia con lo strato trasportatore di elettroni che con lo strato trasportatore di lacune. Dispositivi su scala da laboratorio in configurazione invertita utilizzando materiali polimerici e molecolari come strati trasportatori di lacune e materiali di interfaccia. Inizialmente, il catione PEAI è stato incluso negli inchiostri di precursori di perovskite. Si è verificato che il catione PEAI segrega all’ interfaccia con lo strato trasportatore di elettrone, e l’effetto della sua concentrazione sui dispositivi finali è stato valutato. Successivamente, le due combinazioni PTAA/PEAI-F e PACz/molecola organica antiossidante sono state testate, fabbricando e caratterizzando dispositivi su scala da laboratorio. Si è notato un incremento delle prestazioni del dispositivo quando tali materiali, di natura intrinsecamente isolante, sono stati depositati in maniera controllata a concentrazione molto ridotta. L’utilizzo di una molecola naturale antiossidante risulta essere particolarmente interessante in quanto potrebbe portare dei benefici anche in termini di stabilità del materiale perovskite rispetto alla foto-ossidazione. Lo studio dei materiali di interfaccia è stato esteso anche ad altri materiali. In particolare, sono stati studiati i MXeni che permettono di migliorare il trasferimento di carica. In continuità con l’attività sperimentale del primo anno, durante il secondo anno di progetto è stata studiata con metodiche teorico-computazionali a principi primi la struttura atomica delle fasi delta (non-fotoattiva) e gamma (fotoattiva) del CsPbI3 come input per investigare la transizione polimorfica tra le due. Abbiamo altresì studiato le caratteristiche strutturali ed elettroniche che determinano la stabilità della fase perovskitica gamma. Abbiamo studiato e sviluppato Nanoparticelle (NPs) di ZnO processabili da soluzione da utilizzare come interstrati in celle solari organiche. ZnO è un materiale di tipo n largamente utilizzato in elettronica organica come interstrato o strato interfacciale. La sua funzione è quella di migliorare l’estrazione (selettiva) di cariche dallo strato attivo limitando il più possibile i processi di ricombinazione all’interfaccia. Inoltre, ZnO ha il vantaggio di essere un materiale a basso costo, non tossico e processabile da soluzione attraverso la preparazione di sospensioni contenenti cristalli con dimensioni nanometriche. Accanto a questa attività si è lavorato all’ottimizzazione di nuovi substrati biopolimerici sia per la fabbricazione di dispositivi fotovoltaici che come potenziale materiale d’interfaccia in un sistema integrato PV/accumulo Sono state studiate celle solari organiche a base di un nuovo materiale donatore PATTD realizzato con una procedura di sintesi semplificata nell’ottica di una futura industrializzazione. È stato fatto in particolare uno studio esteso sugli effetti della variazione di spessore nei dispositivi per una blenda di PATTD e un accettore non-fullerenico commerciale IT-4F, essendo questo è un parametro fondamentale per la produzione su larga scala di questo tipo di celle solari tramite stampa. Sono stati investigati materiali per il sistema di accumulo del dispositivo a tre terminali, studiando, in particolare, le proprietà elettrochimiche degli MXeni studiati durante lo scorso anno (LA4.13), selezionando la tipologia di sistema di accumulo ed alcune formulazioni di soluzioni elettrolitiche, anche in forma di gel. Al fine di completare il dispositivo si sono studiati i materiali incapsulati che permettono di estendere il tempo di vita della cella è i materiali per contattare la cella. Quest’ultima attività è stata sviluppata sia con processi sputtering che con processi di Pulsed Laser Deposition (PLD).