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Come rendere la perovskite solare stabile dopo 2000 ore di stress test

Un team internazionale di scienziati ha scoperto il motivo principale per cui le celle solari in perovskite si degradano alla luce del sole

perovskite solare
Credits: Shaun Tan/UCLA

Nuovo trattamento per la perovskite solare

(Rinnovabili.it) – Il fotovoltaico in perovskite ha, fin dalla sua invenzione, promesso grandi miglioramenti per il settore delle rinnovabili. Ma nella strada verso il mercato, ingegneri e chimici hanno dovuto necessariamente trovare strumenti e tecnologie che ne migliorassero la stabilità operativa. In assenza di accorgimenti, infatti, lo strato attivo di perovskite solare tende a degradarsi nel tempo, causando un peggioramento delle prestazioni. Il motivo di questa fragilità, tuttavia, è rimasto a lungo sconosciuto, fino a quando un team internazionale di scienziati non ha risolto l’arcano. E oggi, in documento pubblicato su Nature (testo in inglese), spiega come ha superato l’impasse.

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“Le celle solari a base di perovskite tendono a deteriorarsi sotto il sole molto più velocemente delle loro controparti in silicio”, spiega Yang Yang, professore di scienze dei materiali e ingegneria presso l’Università della California Los Angeles (UCLA), che ha guidato lo studio. “Quindi la loro efficacia nel convertire la luce in elettricità diminuisce a lungo termine. Tuttavia, la nostra ricerca mostra perché ciò accade e fornisce una soluzione semplice. Ciò rappresenta un importante passo avanti nel portare la tecnologia della perovskite alla commercializzazione e all’adozione diffusa”.

Per comprendere il problema è necessario osservare da vicino gli attuali metodi di fabbricazione delle celle solari. Uno dei passaggi comuni per questi prodotti consiste nel rimuovere i difetti del semiconduttore, trattando la superficie con uno strato di ioni organici carichi negativamente. Il team ha scoperto che nonostante il trattamento migliorasse l’efficienza finale, nel contempo fosse anche la causa di una minore stabilità. Come? Creando involontariamente una potenziale trappola per i trasportatori di carica.

“Questa condizione – spiega l’ateneo in una nota stampa – destabilizza la disposizione ordinata degli atomi e, nel tempo, le celle solari in perovskite diventano sempre meno efficienti”.

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Forti di questa nuova scoperta, gli scienziati hanno elaborato una soluzione. Nel dettaglio hanno accoppiato gli ioni con carica positiva con quelli con carica negativa per i trattamenti di superficie. Il gruppo ha quindi testato la stabilità delle sue nuove celle  solari in laboratorio sottoponendole a un test di invecchiamento accelerato. Le unità hanno mantenuto l’87% dell’efficienza di conversione per oltre 2.000 ore. A titolo di confronto, celle prodotte normalmente risultavano al 65% delle loro prestazioni originali dopo lo stesso test.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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