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Tra i materiali noti come perovskiti, uno dei più interessanti è un materiale in grado di convertire la luce del sole in elettricità con la stessa efficienza delle attuali celle solari in silicio e potenzialmente molto più economico e facile da produrre. Tuttavia, delle quattro possibili configurazioni atomiche, o fasi, che questo materiale può assumere, tre sono efficienti ma instabili a temperatura ambiente e in ambienti ordinari, e tornano rapidamente alla quarta fase, che è completamente inutile per le applicazioni solari.

 

Come è possibile impiegare la perovskite per realizzare celle solari

Gli scienziati della Stanford University e del Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory hanno trovato una nuova soluzione, che descrivono in un documento pubblicato sulla rivista Nature Communications: basta mettere la versione inutile del materiale in una cella a incudine di diamante e schiacciarla ad alta temperatura. Questo trattamento porta la sua struttura atomica ad assumere una configurazione efficiente e a mantenerla in tale configurazione anche a temperatura ambiente e in atmosfera relativamente umida.

Yu Lin, membro dello SLAC e ricercatrice presso lo Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES), spiega che si tratta del primo studio che utilizza la pressione per controllare questa stabilità e apre numerose possibilità. La studiosa aggiunge che, ora che il team ha trovato il modo ottimale per preparare il materiale, c’è il potenziale per allargarne gli utilizzi alla produzione industriale e per manipolare altre fasi della perovskite con lo stesso approccio.

 

Il passaggio di fase è l’elemento essenziale del processo

Le perovskiti prendono il loro nome da un minerale naturale con la stessa struttura atomica. In questo caso, gli scienziati hanno studiato una perovskite alogenuro di piombo, combinazione di iodio, piombo e cesio. Una fase di questo materiale, conosciuta come fase gialla, non possiede una vera struttura di perovskite e non può essere usata nelle celle solari. Tuttavia, gli scienziati hanno scoperto che, se lo si processa in determinati modi, si trasforma in una fase di perovskite nera estremamente efficiente nel convertire la luce solare in elettricità.

Lin sostiene che la pressione necessaria per far diventare i cristalli neri e mantenerli tali ha un valore compreso fra 1000 e 6000 volte quello della pressione atmosferica, circa un decimo delle pressioni abitualmente utilizzate nell’industria del diamante sintetico. Quindi, uno degli obiettivi per il proseguimento della ricerca sarà quello di impiegare le conoscenze che i ricercatori hanno acquisito dai loro esperimenti con le celle a incudine di diamante nell’industria e scalare il processo per portarlo alla produzione.

Ph. credits: Greg Stewart/ SLAC National Accelerator Laboratory via Phys.org