Un nuovo studio dell'Università di Stanford dimostra un metodo ultraveloce per creare celle di perovskite stabili e assemblarle in moduli solari
La velocità di fabbricazione delle celle solari in perovskite supera quelle delle unità in silicio
(RInnovabili.it) – Le celle solari in perovskite hanno ormai raggiunto l’efficienza delle controparti commerciali in silicio cristallino. Grazie all’incredibile balzo in avanti della ricerca, la tecnologia oggi vanta rese sorprendenti; raggiunte, inoltre, nella metà del tempo impiegato da semiconduttori classici del fotovoltaico: dal 4% di efficienza di conversione del 2009 si è passati a ben oltre il 20% del 2019. Ma a renderle la nuova promessa dell’energia solare, è anche l’economicità di produzione. Le perovskiti possono essere trasformate in un film sottile e flessibile, spendendo molta meno energia di quella necessaria per la raffinazione del silicio.
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Ovviamente il materiale perfetto non esiste e anche questi ossidi sintetici presentano dei problemi. Quello più grande? La loro instabilità intrinseca, che rende difficile la fabbricazione su larga scala. Il processo è complicato e, se non attentamente controllato, può introdurre difetti che portano ad una rapida degradazione. Una soluzione arriva oggi dall’Università di Stanford. Qui un team di scienziati afferma di aver sviluppato un nuovo modo per produrre celle solari in perovskite stabili a velocità pratiche.
Il gruppo ha battezzo la tecnica con il nome di “rapid-spray plasma processing” (letteralmente elaborazione al plasma a spruzzo rapido) e viene eseguita da una sorta di stampante robotica a due augelli. Il primo spruzza su un substrato in vetro una miscela liquida di precursori delle perovskiti; il secondo rilascia una raffica di gas ionizzato altamente reattivo (plasma) che converte rapidamente il liquido in una sottile pellicola. “L’elaborazione convenzionale richiederebbe di cuocere la soluzione di perovskite per circa mezz’ora”, ha affermato il ricercatore Nick Rolston. “La nostra innovazione consiste nell’utilizzare una fonte di plasma ad alta energia per convertire rapidamente la perovskite liquida in una cella solare a film sottile in un unico passaggio“.
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Utilizzando questa tecnica, il team di Stanford è stato in grado di produrre 12 metri di pellicola fotovoltaica al minuto. Un ritmo circa quattro volte più veloce di quello impiegato dalle fabbriche di pannelli in silicio. “Abbiamo raggiunto il rendimento più elevato per qualsiasi tecnologia solare”, ha aggiunto Rolston. “Potete immaginare grandi pannelli di vetro posti su rulli per produrre continuamente strati di perovskite a velocità mai raggiunte prima”. Oltre a un tasso di produzione record, le celle solari in perovskite appena coniate hanno raggiunto un’efficienza di conversione del 18 per cento.
Ma per poter competere a pieno con il principale semiconduttore del fotovoltaico, questi materiali dovrebbero essere incapsulati in uno strato resistente alle intemperie, al fine di tener fuori l’umidità almeno un decennio. Ecco perché il gruppo si sta ora concentrando su nuove tecnologie di incapsulamento e altri modi per migliorare significativamente la durabilità. “Se riusciamo a costruire un modulo in perovskite che duri 30 anni, potremmo ridurre il costo dell’elettricità sotto i 2 centesimi per kilowattora”, conclude Rolston. “A quel prezzo, potremmo usare le perovskiti per la produzione di energia su scala industriale”. Il risultato della ricerca è stato pubblicato sulla rivista Joule (testo in inglese).
