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Progressi nello sfruttamento dell'energia solare per generare energia

Lo studio descrive un nuovo tandem interamente perovskite solare cella che ha il potenziale per fornire un modo economico e più efficiente per sfruttare l'energia del sole per generare energia elettrica

La nostra dipendenza da una fonte non rinnovabile di energia chiamati combustibili fossili come carbone, petrolio, gas ha avuto un enorme impatto negativo sull'uomo e sull'ambiente. La combustione di combustibili fossili aumenta l'effetto serra e provoca il riscaldamento globale, distrugge gli habitat, provoca inquinamento dell'aria, dell'acqua e del suolo e incide sulla salute pubblica. C'è un urgente bisogno di costruire una tecnologia sostenibile che possa aiutare a energia il mondo utilizzando energia pulita. Energia solare La tecnologia è uno di questi metodi che ha la capacità di sfruttare la luce del sole – la fonte di energia rinnovabile più abbondante – e di convertirla in energia elettrica o energia. I fattori vantaggiosi di solare l'energia in termini di benefici per l'uomo e l'ambiente ha svolto un ruolo chiave nel promuoverne l'uso solare energia.

Il silicio è il materiale comunemente usato per realizzare solare celle in pannelli solari che sono disponibili oggi sul mercato. Il processo fotovoltaico di solare le celle possono trasformare la luce solare in elettricità senza l’uso aggiuntivo di alcun combustibile. Progettazione ed efficienza del silicio solare i pannelli sono migliorati significativamente nel corso dei decenni grazie ai progressi nella produzione e nella tecnologia. L'efficienza fotovoltaica di a solare Per cellula si intende la parte di energia che è sotto forma di luce solare e che può essere convertita in elettricità. L’efficienza fotovoltaica e i costi complessivi sono i due principali fattori limitanti solare pannelli oggi.

A parte il silicio solare celle, tandem solare sono disponibili anche celle in cui vengono utilizzate celle specifiche ottimizzate per ogni sezione dello spettro solare con conseguente aumento dell'efficienza complessiva. Un materiale chiamato perovskite è considerato migliore del silicio nell'assorbire i fotoni blu ad alta energia provenienti dalla luce solare, cioè da un'altra parte dello spettro solare. Le perovskiti sono materiali policristallini (generalmente trialogenuro di piombo e metilammonio (CH3NH3PbX3, dove X è un atomo di iodio, bromo o cloro). Le perovskiti sono facili da trasformare in strati che assorbono la luce solare. Studi precedenti hanno combinato silicio e perovskiti in celle solari, ovvero con celle di silicio sulla parte top che può assorbire fotoni gialli, rossi e nel vicino infrarosso insieme alle cellule di perovskite quasi raddoppiando la produzione di energia.

In un nuovo studio pubblicato in Scienze il 3 maggio i ricercatori hanno sviluppato per la prima volta celle solari tandem a base di perovskiti che offrono un'efficienza fino al 25%. Questo materiale è chiamato film di perovskite misto piombo-stagno a basso gap di banda ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA per formamidinio e MA per metilammonio). Lo stagno ha lo svantaggio di reagire con l'ossigeno dell'aria creando difetti nel reticolo cristallino che possono interrompere il movimento della carica elettrica al suo interno solare cella limitandone così l'efficienza. I ricercatori hanno trovato un modo per impedire allo stagno contenuto nella perovskite di reagire con l'ossigeno. Hanno utilizzato un composto chimico chiamato tiocianato di guanidinio per migliorare significativamente le proprietà strutturali e optoelettroniche dei film di perovskite misti a basso gap di banda di piombo-stagno. Il composto tiocianato di guanidinio riveste i cristalliti di perovskite nel solare pellicola assorbente che impedisce all'ossigeno di entrare all'interno per reagire con lo stagno. Ciò aumenta immediatamente l'efficienza della cella solare dal 18 al 20%. Inoltre, quando questo nuovo materiale è stato combinato con lo strato superiore di perovskite ad alto assorbimento utilizzato convenzionalmente, l’efficienza è ulteriormente aumentata fino al 25%.

L'attuale studio descrive per la prima volta la progettazione di celle solari tandem utilizzando tutti i film sottili di perovskite e questa tecnologia potrebbe un giorno sostituire il silicio nelle celle solari. Il nuovo materiale è di alta qualità, è economico e la sua fabbricazione è più semplice mentre il costo è basso rispetto alle celle tandem silicio e perovskite. Le perovskiti sono materiali artificiali rispetto al silicio e i pannelli solari a base di perovskite sono flessibili, leggeri e semitrasparenti. Sebbene il materiale attuale impiegherà del tempo per superare l'efficienza della tecnologia silicio-perovskite. Tuttavia, i film policristallini a base di perovskite hanno il potenziale per la progettazione di celle solari tandem che potrebbero fornire un'efficienza fino al 30% mantenendo liberi altri fattori. Sono necessari ulteriori studi per rendere il materiale robusto, più stabile e anche riciclabile per ridurre l'impatto sull'ambiente. Il settore dell'energia solare è uno dei settori in più rapida crescita e l'obiettivo finale è scoprire un'alternativa promettente per l'energia pulita.

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{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

Tong J. et al. 2019 La durata del vettore di >1 μs nelle perovskiti Sn-Pb consente celle solari tandem efficienti interamente in perovskite. Scienza, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911

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