Lo studio descrive una nuova cella solare tandem interamente a perovskite che ha il potenziale per fornire un modo più economico ed efficiente per sfruttare l'energia solare per generare energia elettrica.
La nostra dipendenza da fonti energetiche non rinnovabili, come i combustibili fossili (carbone, petrolio e gas), ha avuto un impatto negativo enorme sull'umanità e sull'ambiente. La combustione dei combustibili fossili contribuisce all'effetto serra e al riscaldamento globale, distrugge gli habitat, causa inquinamento atmosferico, idrico e del suolo e compromette la salute pubblica. È urgente sviluppare tecnologie sostenibili in grado di alimentare il mondo con energia pulita. La tecnologia dell'energia solare è una di queste, capace di sfruttare la luce del sole – la fonte di energia rinnovabile più abbondante – e convertirla in energia elettrica. I vantaggi dell'energia solare per l'uomo e l'ambiente hanno giocato un ruolo chiave nella promozione del suo utilizzo.
Il silicio è il materiale comunemente utilizzato per la produzione delle celle solari nei pannelli fotovoltaici attualmente disponibili sul mercato. Il processo fotovoltaico delle celle solari trasforma la luce solare in elettricità senza l'utilizzo di alcun combustibile. Il design e l'efficienza dei pannelli solari al silicio sono migliorati significativamente nel corso dei decenni grazie ai progressi nella produzione e nella tecnologia. L'efficienza fotovoltaica di una cella solare è definita come la porzione di energia presente sotto forma di luce solare che può essere convertita in elettricità. L'efficienza fotovoltaica e i costi complessivi sono i due principali fattori limitanti per i 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, con conseguente aumento dell'efficienza complessiva. Un materiale chiamato perovskite è considerato migliore del silicio nell'assorbire i fotoni blu ad alta energia della luce solare, ovvero un'altra parte dello spettro solare. Le perovskiti sono materiali policristallini (generalmente trialogenuro di metilammonio e piombo (CH3NH3PbX3, dove X è un atomo di iodio, bromo o cloro)). Le perovskiti sono facili da lavorare per ottenere strati che assorbono la luce solare. Studi precedenti hanno combinato silicio e perovskite in celle solari, ovvero con celle di silicio nella parte superiore, in grado di assorbire fotoni gialli, rossi e del vicino infrarosso insieme alle celle di perovskite, raddoppiando quasi la produzione di energia.
In un nuovo studio pubblicato su Science il 3 maggio, i ricercatori hanno sviluppato per la prima volta celle solari tandem interamente a base di perovskite, che raggiungono un'efficienza fino al 25%. Questo materiale è chiamato film di perovskite a bassa banda proibita mista piombo-stagno ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA per formamidinio e MA per metilammonio). Lo stagno presenta lo svantaggio di reagire con l'ossigeno presente nell'aria, creando difetti nel reticolo cristallino che possono interrompere il movimento della carica elettrica nella cella solare , limitandone così l'efficienza. I ricercatori hanno trovato un modo per impedire allo stagno 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 a bassa banda proibita mista piombo-stagno. Il composto tiocianato di guanidinio riveste i cristalliti di perovskite nel film assorbente solare , impedendo all'ossigeno di penetrare e 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 convenzionalmente utilizzato, 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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Fonte (s)
Tong J. et al. 2019 I tempi di vita dei portatori di carica >1 μs nelle perovskiti Sn-Pb consentono celle solari tandem interamente a perovskite efficienti. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
