Il fotovoltaico ferroelettrico può rendere più semplice la produzione solare

Un team di ricercatori ha coltivato in laboratorio un nuovo materiale solare cristallino con un campo elettrico incorporato, che offre un approccio più semplice alla produzione di celle solari

fotovoltaico ferroelettrico
Credit: Peidong Yang e Ye Zhang/Berkeley Lab

Perovskite senza piombo e ferroelettrica, la nuova promessa solare?

(Rinnovabili.it) – Il fotovoltaico ferroelettrico potrebbero costituire la prossima generazione di dispositivi solari? C’è chi ne è convinto nonostante questa questa tecnologia abbia alle spalle più insuccessi che successi. A far progredire la ricerca in questa direzione è oggi un gruppo di scienziati negli USA grazie allo studio di un nuovo materiale cristallino appartenente alla classe delle perovskiti ad alogenuri.

Le perovskiti sintetiche stanno appassionando la ricerca grazie a prestazioni optolettroniche in grado di competere con i semiconduttori “classici”. In pochi anni, infatti, le celle solari in perovskite hanno raggiunto efficienze che richiesero, invece, diversi decenni al silicio cristallino. Ora gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’Energia, in collaborazione con l’Università di Berkeley, hanno individuato una perovskite con proprietà ferroelettriche. Perché si tratta di un progresso importante? Perché i materiali ferroelettrici sono caratterizzati da una polarizzazione spontanea commutabile. Per capire cosa significhi, bisogna fare qualche passo indietro.

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I vantaggi del fotovoltaico ferroelettrico

Per generare elettricità, le celle solari hanno bisogno di un campo elettrico che separi le cariche positive da quelle negative. L’industria fv ottiene questo campo drogando i semiconduttori con sostanze chimiche in modo che uno strato del dispositivo porti una carica positiva e un altro strato una carica negativa. Questo design assicura che gli elettroni fluiscano dal lato negativo a quello positivo, un fattore chiave per la stabilità e le prestazioni del dispositivo. Ma il drogaggio chimico e la sintesi a strati aggiungono anche passaggi extra e costosi nella produzione.

Nel fotovoltaico ferroelettrico, il semiconduttore è già dotato un campo elettrico incorporato, senza bisogno di drogaggio. Il nuovo materiale coltivato nei laboratori della Berkeley è un composto di cesio e germanio – il CsGeBr3 o CGB – ed è anche una perovskite ad alogenuri senza piombo. “Se riesci a immaginare un materiale solare senza piombo che non solo raccolga energia dal sole, ma abbia anche il vantaggio aggiuntivo di avere un campo elettrico formato naturalmente e spontaneamente, le possibilità nell’industria fotovoltaica e dell’elettronica sono piuttosto eccitanti”, ha affermato Peidong Yang, co-autore della ricerca pubblicata sulla rivista Science Advances.

Tra i vari test effettuati sul CGB, quello sulle misurazioni della fotoconduttività ha prodotto un risultato sorprendente. I ricercatori hanno scoperto che l’assorbimento della luce nel materiale è sintonizzabile, spaziando dallo spettro visibile agli ultravioletti, un intervallo ideale per l’efficienza delle celle solari. Un aspetto, spiegano i ricercatori, che si trova raramente nel fotovoltaico ferroelettrico.

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