Il vicino infrarosso non è mai stato così “vicino”. Lo dimostra l’ultimo traguardo raggiunto da un team di ricercatori del KAIST e del Yonsei University (Corea del Sud), che ha sviluppato una tecnologia innovativa per il fotovoltaico a perovskite, che va a migliorare significativamente la capacità delle celle solari di catturare la luce nel vicino infrarosso. Questa scoperta potrebbe rivoluzionare il mercato globale delle celle solari, offrendo una soluzione ai limiti di efficienza delle tecnologie attuali e aprendo la strada a nuove possibilità di commercializzazione.
L’importanza del vicino infrarosso per il fotovoltaico in perovskite
Le celle solari tradizionali, in particolare quelle a perovskite, presentano un limite notevole: riescono a catturare solo il 48% dell’energia solare totale. Questo perché il loro spettro di assorbimento si limita alla luce visibile, con lunghezze d’onda inferiori a 850 nanometri. La restante parte dello spettro, che include il cosiddetto vicino infrarosso (corrispondente a un intervallo tra 0,7 a 10 nanometri), rimane pertanto inutilizzata.
Per superare questo limite, il team di ricerca guidato dal professor Jung-Yong Lee del KAIST e dal professor Woojae Kim della Yonsei University ha sviluppato un dispositivo ibrido di nuova generazione. Esso utilizza foto-semiconduttori organici che, combinati con i materiali a perovskite, consentono l’assorbimento della luce fino al vicino infrarosso, aumentando significativamente l’efficienza di conversione energetica.
La novità introdotta dai ricercatori è la combinazione della perovskite con un eterogiunzione organica (BHJ), che crea un dispositivo capace di catturare più luce rispetto alle tecnologie attuali.
Maggior conversione e stabilità garantita
L’efficienza di conversione della potenza (PCE) è uno dei principali indicatori delle prestazioni di una cella solare. Il dispositivo ibrido sviluppato dai ricercatori coreani ha mostrato un incremento notevole della PCE, passando dal 20,4% al 24,0%. Inoltre, a livello di efficienza quantica interna (IQE), il dispositivo ha raggiunto il 78% nella regione del vicino infrarosso, una cifra mai vista in precedenti ricerche.
Oltre a estendere l’assorbimento nel vicino infrarosso, la squadra ha anche risolto uno dei principali problemi strutturali che limitavano le prestazioni delle celle solari a perovskite: la discontinuità energetica tra i materiali, che impedisce un assorbimento ideale della luce. Per eliminare questa barriera, i ricercatori hanno introdotto un’interfaccia a strato dipolare di dimensioni sub-nanometriche, che permette di ridurre l’accumulo di carica e migliorare la densità di corrente (JSC) fino a 4,9 mA/cm²: un risultato che aumenta sensibilmente l’efficienza complessiva del dispositivo.
Un altro punto di forza di questo dispositivo è la sua stabilità. Le celle solari tradizionali tendono a perdere efficienza in ambienti umidi, ma il dispositivo sviluppato dai ricercatori coreani ha mantenuto oltre l’80% dell’efficienza iniziale dopo 800 ore di esposizione in condizioni di umidità estrema, confermando la robustezza del nuovo approccio tecnologico.
Il professor Lee ha sottolineato come questo studio, pubblicato sulla rivista Advanced Materials, rappresenti un punto di svolta per le celle solari ibride a perovskite.
“Ora saremo in grado di migliorare significativamente l’efficienza di conversione di potenza massimizzando al contempo le prestazioni di cattura della luce nel vicino infrarosso, il che rappresenterà una nuova svolta in grado di risolvere i problemi di stabilità meccanico-chimica delle perovskiti esistenti e superare le limitazioni ottiche”.
