Moduli solari in perovskite, alta efficienza per 2000 ore di vita

Create celle solari a base di formamidinio-piombo-ioduro con un’efficienza superiore al 23% e una durata di 2000 ore.Il segreto? Polveri di perovskite cristallina pre-sintetizzate

Moduli solari in perovskite
Credits: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University

Verso moduli solari in perovskite con un’efficienza del 15%

(Rinnovabili.it) – La perovskite agli alogenuri metallici è un materiale dalle grandi promesse. All’interno di una cella fotovoltaica converte la luce in elettricità ad un costo inferiore rispetto al silicio e con un’incredibile versatilità. Può infatti essere fabbricata anche su substrati sottili, quindi flessibili, leggeri e facilmente integrabili nel costruito. Ma, per avere un potenziale reale, non basta una buona “unità”. È necessario anche creare moduli solari in perovskite altrettanto efficienti e di lunga durata. Il passaggio dal “piccolo”, ossia la cella, al “grande”, il modulo, comporta ancora dei problemi.

Gli ingegneri dell’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), guidati dal professor Yabing Qi, hanno messo a punto un nuovo metodo di fabbricazione che potrebbe risolvere il problema. “Le celle solari su scala di laboratorio sono minuscole”, ha affermato il prof. Qi. “La dimensione è circa 0,1 cm2. La maggior parte dei ricercatori si concentra su queste perché più facili da creare. Ma, in termini di applicazioni, abbiamo bisogno di moduli solari in perovskite molto più grandi. Anche la vita delle celle è qualcosa di cui dobbiamo essere consapevoli. Sebbene sia stata raggiunta un’efficienza del 25%, la durata è stata al massimo di qualche migliaio di ore”. Dopo di che la resa inizia a diminuire.

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La causa? Difetti dovuti a imperfezioni strutturali e/o impurità estrinseche nei film di perovskite. “Esiste una polvere cristallina necessaria nelle perovskiti chiamata FAPbI3 (formamidinio- piombo-ioduro), che forma lo strato assorbitole della luce”, spiega il dott. Guoqing Tong, uno degli autori principali della ricerca. “In precedenza, questo strato veniva fabbricato combinando due materiali: PbI2 (ioduro di piombo) e FAI (ioduro di formamidinio)”. Questo metodo, sottolinea Tong, è tutt’altro che perfetto, lasciando impurità o “avanzi” che possono ostacolare l’efficienza.

Un nuovo processo di fabbricazione

Per garantire resa e vita alte anche su superfici più grandi dello 0,1 cm2, il team si è rivolto all’ingegneria delle polveri. Nel dettaglio i ricercatori hanno sintetizzato una polvere cristallina a partire dallo duro di piombo. Includendo alcuni passaggi aggiuntivi come il riscaldamento della miscela a 90°C e il suo filtraggio. Ciò ha assicurato che il materiale risultante fosse di alta qualità e strutturalmente perfetta.

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Utilizzando la polvere di perovskite cristallina pre-sintetizzata, il gruppo ha raggiunto un’efficienza di conversione di oltre il 23% nella cella fotovoltaica e una vita di oltre 2000 ore. Con il passaggio di scala a moduli solari in perovskite di 5×5 cm2, l’efficienza è rimasta superiore al 14%. Come proof-of-concept, gli scienziati hanno fabbricato un dispositivo fotovoltaico per caricare una batteria agli ioni di litio. “Il nostro prossimo passo è realizzare un modulo solare di 15×15 cm2 e con un’efficienza superiore al 15%”, ha affermato il dott. Tong. “Spero che, un giorno, saremo in grado di alimentare un edificio con i nostri moduli solari”. Lo studio è stato pubblicato su Nano Energy (testo in inglese).

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