Nuova tecnica di produzione del fotovoltaico riduce i costi favorendo al contempo la stabilità

Una cella solare a base di perovskiti include un composto con struttura perovskitica, più comunemente un materiale ibrido organico-inorganico con piombo o basato sull’alogenuro di stagno, quale strato attivo che raccoglie la luce. I materiali con struttura perovskitica, come ad esempio gli alogenuri di piombo metilammonio, sono economici da produrre e la loro fabbricazione è relativamente semplice. Questi materiali facilmente sintetizzabili sono considerati il futuro delle celle solari, dato che la loro peculiare struttura incrementa la possibilità di avere un fotovoltaico a basso costo ed efficiente.

Due parametri importanti per l’applicazione commerciale delle celle solari a base di perovskite sono la stabilità e l’efficienza. Il progetto GOTSOLAR, finanziato dall’UE, ha riunito chimici e tecnologi provenienti da Svizzera e Polonia che sono riusciti a dimostrare una cella con un numero notevolmente inferiore di difetti strutturali. Il team spiega che l’inatteso miglioramento delle prestazioni fotovoltaiche è stato osservato quando le perovskiti prodotte mediante meccanochimica sono state usate per la costruzione di una tipica cella fotovoltaica. Invece di produrre le perovskiti mediante tradizionali metodi con soluzioni, il team le ha create mediante macinatura.

Questa ricerca è all’avanguardia nel settore della meccanochimica, un campo in rapido sviluppo della scienza che si occupa delle reazioni chimiche che avvengono direttamente tra composti nella fase solida subito dopo l’attivazione mediante forza meccanica.

Come spiegano nel loro ultimo comunicato stampa, le perovskiti sono un vasto gruppo di materiali con formula chimica generale ABX3, caratterizzati da una struttura cristallina cubica. Gli atomi di A sono situati al centro del cubo, nel mezzo di ciascuna parete c’è un atomo X, e gli angoli sono occupati dagli atomi dell’elemento B. Il nome di questo gruppo di materiali deriva da un minerale presente in natura, il titanato di calcio CaTiO3, chiamato perovskite in onore del geologo russo Leo Perovski.

“Nel tempo, è diventato sempre più chiaro che le proprietà fisicochimiche di questo materiale possono essere migliorate sostituendo calcio, titanio e ossigeno con altri elementi. Attualmente, il composto più comunemente studiato del gruppo delle perovskiti è (CH3NH3)PbI3. In questo materiale, gli ioni di calcio, titanio e ossigeno sono sostituiti rispettivamente da ioni di metilammonio (nella posizione A), piombo (nella posizione B) e ioduro (nella posizione X).”

Il progetto è stato il primo a mostrare che il composto può essere prodotto mediante reazioni meccanochimiche di perovskiti miste, ovvero, quelle in cui numerosi tipi differenti di ioni si alternano nella posizione A. Questo è un risultato importante, perché alterando con attenzione la composizione chimica dei materiali con struttura perovskitica, essi possono essere adattati a specifiche applicazioni nel fotovoltaico, nella catalisi e in altri campi della scienza e della tecnologia.

La quantità di carica elettrica che si accumula al confine dei singoli strati della cella è una delle caratteristiche che ne definiscono la qualità. Troppa e la cella si degraderà più rapidamente. Il progetto ha appena annunciato che le perovskiti ottenute mediante meccanochimica formano uno strato molto omogeneo, riducendo così i difetti nella struttura che compromettono il funzionamento della cella. Il risultato è una riduzione della quantità di carica depositata sulla superficie.

Il rivestimento è risultato non soltanto molto regolare, ma anche estremamente sottile – il team ha mostrato che le loro celle possono funzionare in modo efficiente con uno strato di appena ~300 nanometri. GOTSOLAR fa notare che una copertura così sottile ridurrà il costo unitario della produzione della cella. Di conseguenza, questo nuovo processo rende le celle più stabili e potenzialmente più economiche da produrre, mantenendo allo stesso tempo elevati i livelli di efficienza.

Il progetto GOTSOLAR (New technological advances for the third generation of Solar cells) sta proponendo degli approcci rivoluzionari per lo sviluppo di PSC molto efficienti, che durano a lungo e che sono sicure per l’ambiente.

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