Lo studio descrive una nuova cella solare tandem interamente in perovskite 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 convertirla in energia elettrica o energia. I fattori vantaggiosi dell'energia solare in termini di benefici per l'uomo e l'ambiente hanno svolto un ruolo chiave nella promozione dell'uso dell'energia solare.
Il silicio è il materiale comunemente usato per realizzare solare celle in pannelli solari che sono disponibili oggi sul mercato. Il processo fotovoltaico delle celle solari può trasformare la luce solare in elettricità senza l'uso aggiuntivo di alcun combustibile. Il design e l'efficienza dei pannelli solari in silicio sono notevolmente migliorati nel corso di decenni grazie ai progressi nella produzione e nella tecnologia. L'efficienza fotovoltaica di una cella solare è definita come la porzione di energia che si presenta sotto forma di luce solare e che può essere convertita in energia elettrica. Efficienza fotovoltaica e costi complessivi sono i due principali fattori limitanti dei pannelli solari odierni.
Oltre alle celle solari al silicio, sono disponibili anche celle solari tandem in cui vengono utilizzate celle specifiche ottimizzate per ogni sezione dello spettro solare, portando così ad un aumento dell'efficienza complessiva. Un materiale chiamato perovskite è considerato migliore del silicio nell'assorbire fotoni blu ad alta energia dalla luce solare, cioè un'altra parte dello spettro solare. Le perovskiti sono materiali policristallini (generalmente trialogenuro di piombo metilammonio (CH3NH3PbX3, dove X è l'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 perovskite in celle solari, cioè con celle di silicio sul top in grado di assorbire fotoni gialli, rossi e nel vicino infrarosso insieme a celle 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 tutte le celle solari tandem in perovskite che danno un'efficienza fino al 25 percento. Questo materiale è chiamato film di perovskite misto piombo-stagno a bassa banda proibita ((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 nella cella solare limitando così l'efficienza della cella. I ricercatori hanno trovato un modo per impedire che lo stagno contenuto nella perovskite reagisca con l'ossigeno. Hanno usato un composto chimico chiamato tiocianato di guanidinio per migliorare significativamente le proprietà strutturali e optoelettroniche dei film di perovskite misti piombo-stagno a bassa banda proibita. Il composto tiocianato di guanidinio riveste i cristalliti di perovskite nel film assorbente solare, impedendo così all'ossigeno di entrare all'interno per reagire con lo stagno. Ciò aumenta immediatamente l'efficienza della cella solare dal 18 al 20 percento. Inoltre, quando questo nuovo materiale è stato combinato con lo strato superiore di perovskite ad alto assorbimento convenzionalmente utilizzato, l'efficienza è aumentata ulteriormente 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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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
