“Semi” microscopici per far crescere film compatti di perovskite 2D

Dagli ingegneri della Rice University un approccio semplice e scalabile per fabbricare film sottili di perovskite 2D straordinariamente omogenei ed stabili

perovskite 2D
Credits: Jeff Fitlow/Rice University

Create le prime celle solari da semi di perovskite 2D

(Rinnovabili.it) – Il fotovoltaico di nuova generazione ha da oggi un alleato in più. Si tratta del “metodo selettivo di fase” creato dagli ingegneri della Rice University di Houston, in Texas, per produrre film di perovskite 2D uniformi, stabili ed alta efficienza. Il punto di partenza? Microscopici “semi” di perovskite con cui coltivare i cristalli artificiali e realizzare le sottili pellicole fotovoltaiche.

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Le perovskiti ad alogenuri sono materiali organici realizzati con ingredienti abbondanti e poco costosi, ma la produzione su larga scala e la stabilità dei prodotti fotovoltaici sono stati da sempre i punti deboli della tecnologia. Il metodo di crescita della Rice arriva in soccorso tutelando sia l’aspetto chiave delle prestazioni che i problemi della fabbricazione commerciale.

In uno studio pubblicato su Advanced Materials, il team ha descritto come realizzare i semi, ossia pezzi submicroscopici di cristalli 2D che fungono da modelli. E come usarli per far crescere film sottili omogenei. “L’idea che una memoria o una storia, una sorta di seme genetico, possa dettare le proprietà dei materiali è un concetto potente nella scienza dei materiali”, spiega l’ingegnere chimico. “Molti sistemi funzionano in questo modo. Se vuoi far crescere un singolo cristallo di diamante o silicio, ad esempio, hai bisogno di un seme del cristallo che faccia da modello”. Ma, mai prima d’ora, questa tecnica era stata dimostrata per i cristalli di perovskiti organiche 2D. 

Per fare il fotovoltaico ci vuole… un seme

Il team ha scoperto e perfezionato un metodo di autoassemblaggio per produrre i film da semi. “Abbiamo escogitato un metodo con cui personalizzare le proprietà dei film macroscopici […] adattando prima ciò che metti in soluzione”, ha spiegato il co-autore dello studio Aditya Mohite, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare e di nanoingegneria alla Rice. “È possibile arrivare ad un’elevata omogeneità nelle dimensioni e nelle proprietà; e questo porta a una maggiore efficienza”.

Nei test di laboratorio, le celle solari realizzate con queste pellicole di perovskite 2D si sono dimostrate efficienti e affidabili. Hanno raggiunto un’efficienza del 17,1%, preservando il 97,5% delle loro prestazioni di picco dopo 800 ore di illuminazione senza alcuna gestione termica. Come sottolinea lo stesso Mohite, ottenere pellicole omogenee di perovskiti 2D è stata una delle grandi sfide degli ultimi 10 anni per la ricerca fotovoltaica. “Ci si aspetta che i film omogenei portino a dispositivi optoelettronici con elevata efficienza e stabilità tecnologicamente rilevanti”.

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