Un gruppo di scienziati della North Carolina State University ha scoperto che guidando gli ioni delle perovskiti attraverso i difetti cristallini migliora migliora la stabilità e le prestazioni operative delle celle solari
Il ruolo dei “bordi di grano” nella produzione di celle solari in perovskite efficienti
(Rinnovabili.it) – Celle solari in perovskite più efficienti, affidabili e durevoli. Questo l’obiettivo raggiunto da una nuova ricerca di settore che ha indagato da vicino la struttura cristallina di questi materiali sintetici per trovare un modo con cui aumentare la stabilità operativa.
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Le perovskiti sono un nutrito gruppo di ossidi di metalli dotati di diverse proprietà, tra cui quella fotovoltaica. La struttura cristallina di alcuni di questi minerali permette loro di assorbire meglio la luce rispetto al silicio. Offrendo dunque la possibilità di realizzare dispositivi solari più efficienti, leggeri ed economici dell’attuale standard di mercato.
Ma esistono ancora delle sfide da risolvere. Le perovskiti sono materiali ionici e quando viene applicata loro una tensione gli ioni si spostano al loro interno contribuendo a determinare cambiamenti chimici e strutturali. È possibile evitarlo? Al momento no, ma gli scienziati della North Carolina State University, negli USA, hanno scoperto come guidare questi movimenti. “Non abbiamo trovato un modo per impedire agli ioni di muoversi attraverso i materiali di perovskite, ma abbiamo scoperto che è possibile indirizzare questi ioni in un condotto sicuro che non comprometta l’integrità strutturale o le prestazioni del materiale”, afferma Aram Amassian, professore di scienza dei materiali e ingegneria e co-autore dello studio. “Rappresenta un grande passo avanti”.
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Un condotto sicuro per gli ioni
Questa sorta di strada in cui indirizzarli è rappresentata da quello che in cristallografia viene chiamato “bordo di grado“. I bordi di grano non sono altro che un difetto del reticolo, sono l’interfaccia che si viene a creare tra i microscopici cristalli (o grani) non allineati, che costituiscono i materiali policristallini.
“Quello che abbiamo scoperto è che i grani (a cui spetta il compito di assorbire la luce e generare le cariche) risultano meglio protetti dal deterioramento quando gli ioni si muovono prevalentemente lungo i bordi”, spiega il primo autore Masoud Ghasemi. “Sommando tale scoperta con ciò che è già noto sulle perovskiti, è chiaro che i problemi iniziano quando i bordi dei grani sono deboli. Ciò rende più facile per gli ioni muoversi nei grani stessi”. E di conseguenza porta a celle solari in perovskite meno efficienti nel tempo.
La soluzione esiste ed è a portata di mano. “Esistono tecniche consolidate che possiamo utilizzare per progettare i cristalli e i loro bordi di grano“, sottolinea Amassian “Ora possiamo utilizzare questi approcci per proteggere i grani […] In breve, ora sappiamo cosa è necessario fare per creare perovskiti molto più stabili”. la ricerca è stata pubblicata su Nature Materials (testo in inglese).
