Il laboratorio ottiene importanti progressi nella stabilità delle celle solari a perovskite

RomeUno studio dell'Università Rice ha sviluppato un metodo migliore per rendere più stabili le celle solari in perovskite. Queste celle solari utilizzano cristalli di ioduro di piombo e formamidinio (FAPbI3), che ne migliorano l'efficienza. La ricerca è pubblicata nell'edizione odierna di Science. I ricercatori hanno scoperto come trasformare questi cristalli in film stabili e di alta qualità utilizzabili nei pannelli solari.

Punti principali dallo studio:

• Migliorata stabilità delle celle solari FAPbI3, con un'efficienza che diminuisce di meno del 3% in 1.000 ore a 85 gradi Celsius (185 Fahrenheit).
• Sviluppo di quattro diversi perovskiti 2D come modelli.
• Migliore qualità ed efficienza dei film FAPbI3 modellati con cristalli 2D.
• La stabilità delle celle solari con modelli 2D è ulteriormente migliorata con uno strato di incapsulamento.

L'ingegnere di Rice, Aditya Mohite, ha guidato il team e ha descritto lo sviluppo come un significativo progresso. I perovskiti 2D aiutano a stabilizzare il materiale FAPbI3 e migliorano la formazione e la qualità dei cristalli di FAPbI3. Inoltre, le celle solari ora sono più resistenti ai danni nel tempo.

Il laureato Isaac Metcalf, autore principale della ricerca, ha spiegato che i cristalli di perovskite si degradano sia chimicamente che strutturalmente. Il FAPbI3 non è strutturalmente stabile, ma le perovskiti 2D mostrano una maggiore stabilità sotto entrambi gli aspetti. Utilizzare le perovskiti 2D come riferimento aiuta a mantenere il FAPbI3 stabile ed efficiente.

Il team di ricerca ha testato quattro diversi tipi di perovskiti bidimensionali. Due di essi presentavano una struttura di superficie simile a FAPbI3. Questi cristalli 2D ben compatibili hanno facilitato la formazione di film di alta qualità da parte di FAPbI3. I film risultanti avevano meno disordine interno e rispondevano meglio alla luce, portando a una maggiore efficienza.

L'utilizzo di modelli 2D ha permesso alle celle solari di durare più a lungo e di funzionare in modo più efficiente. Senza questi modelli, le celle si deterioravano dopo due giorni, mentre con i modelli duravano oltre 20 giorni senza guastarsi. L'aggiunta di uno strato protettivo le ha rese ancora più stabili.

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Questi miglioramenti potrebbero ridurre i costi di produzione dei pannelli solari e permettere design più leggeri e flessibili. A differenza dei pannelli solari tradizionali a base di silicio, le pellicole di perovskite possono essere lavorate a basse temperature. Ciò significa che i pannelli solari possono essere realizzati su superfici di plastica o flessibili, con un ulteriore risparmio economico.

Il silicio è il materiale più comunemente utilizzato per le celle solari, ma richiede molte risorse per essere prodotto. I perovskiti, invece, hanno migliorato la loro efficienza dal 3,9% nel 2009 a oltre il 26% oggi. La produzione di pannelli solari in perovskite di alta qualità è più economica e richiede meno energia rispetto ai pannelli in silicio.

Passare all'energia pulita è fondamentale. Secondo le Nazioni Unite, l'energia solare è una delle principali alternative ai combustibili fossili. Servono tecnologie solari migliori per ridurre le emissioni di gas serra entro il 2030. È inoltre essenziale raggiungere zero emissioni di carbonio entro il 2050.

L'ingegnere principale Aditya Mohite afferma che l'energia solare è di fondamentale importanza. I progressi nei pannelli solari dipenderanno da fonti di elettricità ecologiche. Questo avrà ripercussioni positive anche su altre industrie, come quella della produzione chimica.

La ricerca è stata sostenuta da diverse fonti di finanziamento, tra cui il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e la Fondazione Nazionale delle Scienze. Scienziati provenienti da vari istituti negli Stati Uniti e in altri paesi hanno collaborato a questo studio. I loro sforzi congiunti sono stati fondamentali per i progressi ottenuti.

Questa scoperta ci avvicina alla commercializzazione dei pannelli solari in perovskite.