Silicio? No, grazie; adesso la perovskite può farcela da sola

Abbiamo parlato più volte della perovskite e della sua naturale capacità di interagire con la luce, caratteristica che l'ha resa estremamente attraente nell'ambito del fotovoltaico, affiancata al silicio nelle celle solari tandem.

Questa strategia ha permesso di mitigare i punti deboli della perovskite e di raggiungere – e superare – il 30% di efficienza nella conversione dell'irraggiamento solare in energia elettrica.

Risultati ottimi che hanno spinto la ricerca ancora oltre, arrivando a cercare modi per togliere il silicio dall'equazione e sfruttare solo la perovskite, molto più abbondante in natura e facilmente lavorabile, oltre che naturalmente flessibile e semi-trasparente.

Un team ingegneristico internazionale, con membri provenienti da tre Università diverse (Università di Toronto, Northwestern University e Università di Toledo), hanno unito le forze e creato un cella solare tandem monolitica usando solo perovskiti. Il risultato è un mono blocco di perovskite in cui le diverse unità solari vengono fatte crescere l'una sull'altra. Il gruppo di ricercatori ha impiegato due diversi strati di perovskiti, ciascuno sintonizzato su una parte diversa dello spettro solare; lo studio è stato pubblicato da Nature.

"Nella nostra cella solare tandem, lo strato superiore di perovskite ha una banda proibita più ampia, che assorbe bene l’ultravioletto e un po’ di luce visibile", spiega Chongwen Li, ricercatore e coautore della pubblicazione. "Lo strato inferiore ha una banda proibita ristretta, che è sintonizzata maggiormente verso la parte infrarossa dello spettro. Tra i due, copriamo più spettro solare di quanto sarebbe possibile con il silicio".

L'asso nella manica del nuovo modulo è però l'interfaccia, inserita in nuovo e sottilissimo rivestimento tra la perovskite e lo strato di trasporto degli elettroni. Il materiale ha migliorato lo spostamento delle cariche inibendo la ricombinazione fra elettroni e rispettive lacune.

Il prototipo del team ha prodotto una tensione a circuito aperto di 2,19 elettronvolt, un record per le celle solari tandem interamente in perovskite, raggiungendo un'efficienza di conversione del 27,4%, sebbene la certificazione indipendente del National Renewable Energy Laboratory in Colorado, abbia registrato un 26,3%.

La perovskite sta venendo affiancata – con successo – anche al grafene, materiale bidimensionale dalle potenzialità sconfinate.

A Heraklion, la capitale di Creta, si trova infatti un parco solare dove si stanno sperimentando i pannelli fotovoltaici più avanzati del mondo, composti da perovskite e grafene, sviluppati e realizzati interamente in Italia, dai ricercatori dell'Università di Roma Tor Vergata, della startup BeDimensional S.p.A., Greatcell Solar Italia, l'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), l'Istituto di Struttura della Materia del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISM) e dell'Università di Siena, insieme all'Università ellenica del Mediterraneo.

"Il lavoro nasce da un progetto comunitario iniziato nell'ottobre del 2013 che ha coinvolto ricercatori e scienziati di ogni paese. Dieci anni di ricerca di base sul grafene e un miliardo di euro di budget hanno consentito di costruire le fondamenta per le tante applicazioni industriali di oggi. E il nostro è uno dei campi di impiego, appunto quello fotovoltaico", ha spiegato Francesco Bonaccorso, cofondatore e direttore scientifico della startup Bedimensional.

Con una potenza in uscita superiore a 250 W, analoga a quella generabile con 60 celle di silicio cristallino assemblate in un pannello da 160 x 90 cm, secondo i tecnici produrre 1 kWh di elettricità con questo parco solare ottimizzato ha un'impronta ambientale inferiore di circa il 50% rispetto all'utilizzo dei mix di elettricità attualmente utilizzati in Europa.

La sperimentazione del parco solare cretese non è ancora terminata, in quanto, secondo gli esperti, sono presenti ancora grandi margini di miglioramento nell'efficienza, attualmente attorno al 18%.

Qui potete leggere e scaricare lo studio.

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