Più che una soluzione, si tratta di una vera e propria strategia quella messa in campo da questo team internazionale guidato dall’Università del Surrey, in collaborazione con l’Imperial College London. Una strategia che ha permesso al team di migliorare sia la stabilità che l’efficienza del fotovoltaico realizzato con il perovskite, un materiale rivoluzionario nel settore.
Le sfide odierne del fotovoltaico in perovskite
Celle solare in perovskite: per molti una rivoluzione del fotovoltaico, per altri una tecnologia ancora tutta da sviluppare. In effetti, ad oggi, sono le celle solari in silicio quelle che dominano il mercato attuale. Eppure, il fotovoltaico basato su silicio e perovskite, o direttamente solo su perovskite, potrebbe garantire performance superiori rispetto alla soluzione corrente.
Il problema è che bisogna migliorarne il più possibile la stabilità e l’efficienza, specie in rapporto anche alle intemperie, come l’umidità e il calore. Parliamo di due fattori di stress ambientali che da tempo limitano le prestazioni e la stabilità di questa classe di materiali sintetici. Soprattutto nel caso di celle solari a base di piombo e stagno, al centro dello studio di questi ricercatori.
E proprio per diminuire questa “sensibilità” ai fattori ambientali, il team ha presentato uno studio, pubblicato sulla rivista Energy and Environmental Science, in cui viene descritta una soluzione talmente innovativa da aver portato l’efficienza di conversione dell’energia (PCE) delle celle al 23%, e la durata operativa al 66%.
Scoperti meccanismi di degradazione del perovskite
“Le conoscenze che abbiamo sviluppato grazie a questo lavoro ci hanno permesso di identificare una strategia che migliora l’efficienza e prolunga la durata operativa di questi dispositivi quando esposti alle condizioni ambientali”.
Così racconta Hashini Perera, dottoranda presso l’Advanced Technology Institute del Surrey, in merito allo studio di cui lei è co-autrice. E alle conoscenze sviluppate per potenziare il fotovoltaico in perovskite.
Infatti, durante la ricerca, i ricercatori hanno scoperto una serie di meccanismi di degradazione precedentemente ignoti. Per la precisione, quelli relativi alle perdite di efficienza e stabilità indotte dallo strato di trasporto delle lacune, cruciale per garantire le prestazioni delle celle solari.
Proprio questo strato è costituito dal PEDOT:PSS, materiale molto studiato nell’ambito del fotovoltaico in perovskite per via della sua elevata mobilità e conduttività, e del suo basso costo.
In genere, come precisa il sito di informazione Rinnovabili, si aggiungono al PEDOT:PSS ulteriori materiali additivi a base di tiocianato per ottenere un’alta efficienza energetica. Ma tutto questo a discapito della stabilità del dispositivo: aggiungendo tali materiali, avviene un’interazione tra il tiocianato e lo iodio, che porta alla formazione del cianogeno. Accelerato dalla presenta di umidità, il cianogeno porta a una riduzione della stabilità del fotovoltaico in perovskite, rovinando così tutte le potenzialità del dispositivo.
L’introduzione di un agente riducente nel fotovoltaico in perovskite
Una volta scoperto questo meccanismo, il team ha introdotto un agente che riduce lo iodio in modo da inibire le reazioni chimiche che causano il degrado. Il risultato? Appunto, il citato aumento dell’efficienza delle celle solari in perovskite piombo-stagno al 23,2%, e il prolungamento della durata del 66%.
La scoperta è stata salutata dal professor Ravi Silva, direttore dell’Advanced Technology Institute presso l’Università del Surrey, che ha detto sul sito specializzato Techxplore:
“Questa ricerca ci avvicina sempre di più allo sviluppo di celle che non solo generano più energia nel corso della loro vita, ma sono anche più durature. Maggiore efficienza e meno sostituzioni significano più energia verde con meno sprechi”.
Sempre il professor Silva informa che all’Università del Surrey,
“[…] siamo in procinto di costruire un parco solare da 12,5 MW, dove possiamo testare alcune di queste celle. Siamo fiduciosi che la nostra innovativa ricerca sulla perovskite accelererà la diffusa adozione commerciale di pannelli solari a base di perovskite”.
