Le celle solari in perovskite potrebbero diventare più resistenti al calore e all’umidità grazie a un nuovo processo catalitico sviluppato da un gruppo di ricercatori sudcoreani. La tecnologia ha permesso di conservare il 95% dell’efficienza iniziale dopo 1.000 ore di esposizione a condizioni estreme, affrontando uno dei principali ostacoli alla diffusione commerciale di questa tecnologia fotovoltaica.
Il risultato, pubblicato su Advanced Science, è stato ottenuto dagli scienziati del Korea Institute of Energy Research (KIER), in collaborazione con il gruppo di ricerca della Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST). Il metodo consente inoltre di migliorare leggermente l’efficienza di conversione energetica rispetto alle celle convenzionali.
Celle solari in perovskite, il problema della durata
Le celle solari in perovskite sono dispositivi fotovoltaici a film sottile che utilizzano materiali con questa struttura cristallina per trasformare la luce solare in elettricità. Negli ultimi anni hanno attirato l’attenzione dei ricercatori per l’elevata efficienza di conversione, i costi di produzione contenuti e la possibilità di realizzare pannelli leggeri e flessibili.
Il loro principale limite riguarda però la durata. La vita utile di queste celle viene stimata tra due e dieci anni, contro i 25-30 anni dei tradizionali pannelli in silicio. Calore e umidità accelerano il deterioramento dei materiali, compromettendo l’affidabilità nel lungo periodo, soprattutto nelle aree caratterizzate da condizioni climatiche calde e umide.
Una delle cause è rappresentata dai sali di litio e dagli additivi presenti nello strato di trasporto delle lacune. Una componente della cella che contribuisce al funzionamento del dispositivo. Queste sostanze migliorano le prestazioni, ma possono anche favorire il degrado. In presenza di temperature elevate e umidità, gli additivi possono evaporare, lasciando minuscole discontinuità nel film sottile. Nel frattempo, gli ioni di litio possono spostarsi all’interno della cella e provocare ulteriori danni.
Come funziona il nuovo processo catalitico
Per affrontare il problema, il gruppo guidato da SeJin Ahn, ricercatore del KIER, ha sviluppato un metodo denominato post-catalytic reaction filtering extraction process. Il procedimento permette di eliminare gli ioni di litio indesiderati e di fare a meno degli additivi responsabili dell’accelerazione del degrado, senza sacrificare l’efficienza energetica.
La tecnologia utilizza come catalizzatore l’ossido di nichel (NiOx), una sostanza capace di attirare gli ioni di litio dalla soluzione impiegata per realizzare lo strato di trasporto delle lacune. Quando la polvere di ossido di nichel viene aggiunta alla soluzione, una reazione ne modifica le proprietà superficiali, consentendole di catturare gli ioni.
Questi ultimi si legano alle particelle del catalizzatore, che vengono poi eliminate attraverso una filtrazione fisica. Poiché le particelle di ossido di nichel sono relativamente grandi, rimangono intrappolate nel filtro e portano con sé gli ioni di litio. Il risultato è una soluzione purificata, priva di additivi, residui di litio e catalizzatore, utilizzabile per ottenere uno strato di trasporto delle lacune senza difetti.
Efficienza del 25,24% e test a 85 gradi
Per verificare i risultati, i ricercatori hanno confrontato le celle realizzate con il nuovo metodo con quelle prodotte attraverso il procedimento convenzionale. I dispositivi sono stati sottoposti a test con una temperatura di 85 gradi Celsius e un’umidità relativa dell’85%, condizioni particolarmente impegnative per i materiali fotovoltaici.
Dopo 1.000 ore di esposizione, le celle sviluppate con il processo catalitico hanno mantenuto il 95% dell’efficienza di conversione iniziale. Anche le prestazioni energetiche hanno mostrato un miglioramento, seppur contenuto: l’efficienza di conversione ha raggiunto il 25,24%, contro il 25,21% registrato dalle celle convenzionali realizzate con gli additivi.
Secondo Ahn, intervenire sul problema della durata potrebbe rappresentare un passaggio importante verso la commercializzazione delle celle in perovskite e delle celle solari tandem, che combinano più materiali fotovoltaici per migliorare la conversione della luce in elettricità.
Fonte: Interesting Engineering
