Il materiale fa le celle solari come l’abito il monaco. Più il materiale è efficiente, più è assicurata la potenza dell’assorbimento energetico dei raggi solari. Grazie all‘ansia’ generata dalla corsa alla transizione energetica, difficilmente in futuro il costoso e inquinante silicio dominerà tra i pannelli fotovoltaici. Di recente infatti sono stati scoperti 14 nuovi materiali perovskiti che, grazie ai loro costi inferiori e ai processi di produzione più semplici, potrebbero ribaltare le sorti del settore dell’energia solare.
Ben 14 materiali perovskiti per le celle solari del futuro
Trovare perovskiti con il giusto band gap. Questo è l’obiettivo che si è posto nell’ultima ricerca il team dell’EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne), guidato da Haiyuan Wang e Alfredo Pasquarello, in collaborazione con gli atenei di Shanghai e Louvain-La-Neuve.
Quando parliamo di “band gap” parliamo di un intervallo di energia specifico che determina quanto un materiale può assorbire la luce solare in maniera efficiente al punto da convertirla in elettricità senza disperderla sotto forma di calore.
Cercare un materiale con un band gap ottimale non è un’operazione così immediata. Basti pensare che il database di questa ricerca conta ben 15mila potenziali candidati. A controllarli uno ad uno ci vorrebbero anni, se non decenni.
Per questo i ricercatori dell’EPFL hanno sviluppato un innovativo metodo, che combina tecniche computazionali avanzate con il machine learning, proprio per cercare materiali perovskiti ottimali per pannelli fotovoltaici che possano garantire un futuro davvero green.
Machine Learning per nuovi pannelli fotovoltaici
Partendo dal citato database da 15mila esemplari, grazie a questo sistema i ricercatori hanno poi sviluppato un dataset più contenuto, ma al tempo stesso più completo a livello di valori di band gap ricercati, arrivando a un totale di 246 materiali perovskiti.
E questo è stato reso possibile costruendo tale sistmea utilizzando calcoli avanzati basati su funzionali ibridi, un sofisticato modello di computazione che include lo scambio di elettroni e migliora la più convenzionale Teoria del Funzionale della Densità (Density Functional Theory, DFT), a sua volta un metodo meccanico-quantistico utilizzato per investigare la struttura elettronica di atomi e molecole.
Adottando i citati funzionali ibridi, la precisione delle previsioni del band gap è decisamente migliorata rispetto alla DFT standard. Così facendo, da 15mila i ricercatori sono passati a 246 perovskiti, fino ad arrivare a quelli più promettenti: 14 nuovi perovskiti, tutti con band gap e stabilità energetica sufficientemente elevati da renderli eccellenti candidati per celle solari ad alta efficienza.
Questa innovazione nel campo delle perovskiti non solo promette di migliorare l’efficienza dei pannelli solari, ma potrebbe anche rendere l’energia solare più accessibile e sostenibile. Con questi progressi, l’industria solare potrebbe vedere una trasformazione significativa già a partire dai prossimi anni, presentando fin da subito soluzioni energetiche più verdi e efficienti.
Per saperne di più su questo studio, consigliamo la lettura del paper pubblicato sul Journal of the American Chemical Society (JACS).
Haiyuan Wang, Runhai Ouyang, Wei Chen, Alfredo Pasquarello. High-quality data enabling universality of band-gap descriptor and discovery of new photovoltaic perovskites. JACS (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c03507
