Ingegnerizzazione dei solventi per celle solari a perovskite formamidinio-piombo-ioduro efficienti e durevoli

Hybrid perovskite solar cells (PSCs) are one of the most promising photovoltaic technologies material scientists have been focusing on in recent years. Despite their remarkable properties and versatility, a number of issues are delaying the complete commercialization of these devices, namely the need for sustainable and scalable fabrication techniques and for strategies to improve devices’ stability. In this context, we developed a novel solvent engineering method for solution processing of PSCs based on formamidinium lead iodide (FAPbI3), with the aim of better controlling material crystallization while employing more scalable fabrication techniques. More specifically, our method focused on treating the forming perovskite layer through static antisolvent dripping, as opposed to the widely employed dynamic one. We demonstrate that, by employing this novel method with specific antisolvent mixtures, an improvement in the cells’ efficiency, stability and charge carriers’ dynamics can be achieved with respect to the classical dynamic treatment. In addition, we show that the positive effects of static treatment arise independently on the cell size, geometry and annealing temperature, thus meeting the requirements of scalability and reproducibility that are necessary for realistic industrial fabrication. Lastly, we illustrate that the novel technique is effective even when green antisolvents are employed, an important step towards a sustainable fabrication of PSCs.

Le celle solari a perovskite ibrida (PSC) costituiscono una delle tecnologie fotovoltaiche più promettenti su cui la scienza dei materiali si sta concentrando negli ultimi anni. Nonostante le loro notevoli proprietà e la loro versatilità, la completa commercializzazione di questi dispositivi è rallentata da alcuni problemi, in particolare la necessità di individuare tecniche di fabbricazione sostenibili e scalabili e di individuare strategie per incrementare la stabilità delle celle. In questo contesto, abbiamo sviluppato un innovativo metodo di ingegnerizzazione dei solventi per la deposizione da soluzione di PSC a base di formamidinio-piombo-ioduro (FAPbI3), con il duplice obiettivo di controllare meglio la cristallizzazione del materiale e impiegare tecniche di fabbricazione più scalabili. Più nello specifico, il nostro metodo si è focalizzato sul trattare lo strato di perovskite in formazione attraverso l’iniezione statica dell’antisolvente, in contrapposizione con il più diffuso trattamento dinamico. Si dimostra che, impiegando questo nuovo metodo con specifiche miscele di antisolventi, è possibile ottenere un miglioramento dell’efficienza, della stabilità e della dinamica dei portatori di carica delle celle rispetto al trattamento dinamico. Inoltre, si mostra che gli effetti positivi del trattamento statico si verificano indipendentemente dalla dimensione della cella, dalla geometria e dalla temperatura di annealing, cercando così di venire incontro ai requisiti di scalabilità e riproducibilità necessari per una realistica fabbricazione su scala industriale. Infine, si illustra l’efficacia della nuova tecnica anche nel caso in cui antisolventi non dannosi per l’ambiente vengano impiegati per il trattamento, segnando un passo importante verso la possibilità di produrre PSC in modo sostenibile.