Il fotovoltaico di nuova generazione si libera dell’elemento più problematico della sua struttura - il piombo - grazie all’aiuto dei pozzi quantici
Un nuovo tipo di materiale per rendere stabili i pannelli solari in perovskiti
(Rinnovabili.it) – Continua attivamente gli sforzi per portare sul mercato pannelli solari in perovskiti che siano non solo efficienti ma anche ambientalmente ecocompatibili. Questa tecnologia fotovoltaica in pochi anni raggiunto le efficienze di conversione del silicio cristallino ma a prezzi molto più competitivi, creando forti aspettative nel settore solare. Di contro, tuttavia, il settore sta ancora lottando con due problemi abbastanza ingombranti: la poca stabilità e la presenza di piombo nel composto perovskitico con la resa migliore.
Tra le soluzioni per riuscire a risolvere in un colpo solo entrambe le sfide, si inserisce anche il lavoro svolto dalla Purdue University, negli Stati Uniti. Qui un gruppo di ingegneri chimici, guidati Letian Dou, ha trovato un modo per rendere i pannelli solari in perovskiti più resistenti alla degradazione e nel contempo più ecocompatibili. La questione ruota tutta intorno al design delle celle.
La ricetta messa a punto dagli scienziati strizza l’occhio ai cosiddetti punti o pozzi quantici, buche di potenziale tridimensionali all’interno delle quali sono confinati elettroni che si muovono su un numero discreto di livelli energetici. Queste “strutture” sono realizzate inserendo un semiconduttore in altro semiconduttore e costituiscono un enorme vantaggio nei dispositivi fotovoltaici, dal momento che permettono di regolare con precisione il valore della band-gap. In altre parole, premettono di sintonizzare a piacere la lunghezza d’onda a cui essi assorbiranno o emetteranno radiazioni.
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Il team della Purdue ha sviluppato un materiale simile a un sandwich che incorpora materiali organici e inorganici per formare una struttura ibrida e ottenere dei pozzi quantici. “Le strutture sandwich – spiega Don – sono come pozzi quantici a semiconduttore che sono ampiamente utilizzati oggi in molti dispositivi elettronici e optoelettronici, ma sono molto più facili da produrre e più tolleranti ai difetti”.
I nuovi materiali ibridi organici-inorganici risultano più economici delle perovskiti “classiche” e offrono prestazioni migliorate rispetto ai tradizionali semiconduttori inorganici. Inoltre, gli scienziati sono convinti che la strategia di progettazione del nuovo composto potrebbe servire da modello per molti altri materiali ibridi funzionali, ampliando dunque i settori finali di applicazione.
“Le celle solari, come hanno dimostrato molte persone, possono essere altamente efficienti”, ha affermato Yao Gao, scienziato della Purdue e primo autore del documento pubblicato su Nature Chemistry (testo in inglese). “Con la nostra nuova tecnologia, possiamo rendere i materiali ibridi perovskite intrinsecamente più stabili. Sostituendo il piombo tossico, questi risulteranno migliori per l’ambiente e persino utilizzabili nei sensori bioelettronici sul corpo umano”.
Un brevetto per questa tecnologia – fa sapere il gruppo in una nota stampa – è già stato depositato presso l’ufficio di commercializzazione tecnologia della Purdue Research Foundation.
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