Nuovi progressi per le perovskiti calcogenuri
Il settore fotovoltaico ha accolto in questi anni una nuova generazione di dispositivi ad alta efficienza. Parliamo delle celle solari basate sulle perovskiti agli alogenuri di piombo, composti relativamente recenti ma che in pochissimo tempo hanno raggiunto eccezionali efficienze di conversione. Al punto da poter competere con il silicio cristallino. Risultati eccezionali, merito delle proprietà ottiche ed elettriche di queste perovskiti, a partire dall’elevato coefficiente di assorbimento e la lunga durata di vita dei portatori.
Nonostante tutti questi vantaggi e il rapido progresso, fattori come la scarsa stabilità a lungo termine, la degradazione di fase in presenza di luce, calore e umidità e soprattutto la tossicità del piombo ne ostacolano ancora oggi la scalabilità commerciale.
Una valida alternativa potrebbe arrivare dalle perovskiti calcogenuri. Questi materiali hanno guadagnato parecchia attenzione negli ultimi anni come semiconduttori dalle straordinarie proprietà optoelettroniche, composti da elementi non tossici, abbondanti e stabili. A livello generale presentano un formula del tipo ABX3 dove A è un catione del gruppo II (vale a dire, Ba2+ /Ca2+ /Sr2+ ), B è uno ione di metallo di transizione del gruppo IV (vale a dire, Ti4+ /Zr4+ /Hf4+ ), e X è calcogeno (S/Se). Sono composte da elementi non tossici, abbondanti nella terra che mostrano un’elevata stabilità.
Una nuova ricerca dell’Universidad Autónoma de Querétaro, in Messico, ha indagato le caratteristiche di un calcogenuro in particolare. Il gruppo di scienziati guidati dalla Professoressa di ricerca Latha Marasamy si è concentrato sul SrHfSe3, composto caratterizzato da una stabilità chimica superiore, un bandgap regolabile, un elevato coefficiente di assorbimento dei fotoni e una maggiore mobilità dei portatori di tipo p. Queste caratteristiche lo rendono rendendolo un candidato eccellente per applicazioni fotovoltaiche.
“Abbiamo studiato celle solari a perovskite calcogenuri a base di SrHfSe3 nell’architettura FTO/BaSnO3 /SrHfSe3 /HTL/Au, utilizzando inizialmente MoS2 come strato di trasporto di lacune (HTL)”, scrive la dott.ssa Marasamy sulla rivista Materiali per l’energia solare e celle solari. “Abbiamo poi sostituito sistematicamente il MoS2 con 40 diversi HTL, inclusi semiconduttori inorganici, polimeri e MXeni, un’indagine innovativa condotta per la prima volta dal mio gruppo”.
Il team ha simulato 1.627 configurazioni potendo così ottimizzare parametri critici come la densità di assorbitore-accettore o lo spessore degli strati; il tutto in condizioni quasi realistiche. “I nostri risultati […] dimostrano che, attraverso una meticolosa progettazione dei dispositivi, le perovskiti calcogenuri a base di SrHfSe3 possono ottenere significativi miglioramenti prestazionali”.
Leggi la ricerca A new class of SrHfSe3 chalcogenide perovskite solar cells with diverse HTMs: Theoretical modelling towards efficiency enhancement pubblicata su Solar Energy Materials and Solar Cells (2025).