Gli scienziati dell’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) sono convinti di aver risolto un difetto fondamentale dei pannelli solari. Come? Grazie al diossido di stagno.
Le celle solari di terza generazione convertono efficientemente la luce solare in energia utilizzabile, e richiedono meno energia rispetto alle celle di silicio della vecchia generazione. in particolare hanno attirato l’attenzione della scienza e dell’industria grazie al loro basso costo e alta efficienza.
Sebbene le loro prestazioni siano promettenti nei test di laboratorio, i dispositivi soffrono ancora di una bassa stabilità. Enon possono essere prodotti commercialmente fino a quando non sono costruiti per durare nel tempo.
Come spiega il dott. Longbin Qiu, principale autore dello studio: “Abbiamo bisogno di moduli solari che possano durare da almeno 5 a 10 anni. Per ora, il ciclo di vita dei PSC è molto più breve“. Lo studio supporta la prova precedente che un materiale comunemente utilizzato nei pannelli solari, chiamato biossido di titanio, degrada i dispositivi e ne limita la durata.
I ricercatori, quindi, hanno sostituito questo materiale con diossido di stagno. Un conduttore più forte senza queste proprietà degradanti.
Diossido di stagno per allungare vita dei pannelli solari
I ricercatori, così, anno ottimizzato il loro metodo di applicazione del diossido di stagno per produrre PSC stabili, efficienti e scalabili. Negli esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che i dispositivi a base di diossido di stagno mostravano una durata tre volte superiore rispetto ai dispositivi PSC che utilizzavano biossido di titanio.
Lo “strato attivo”, costituito da materiali di perovskite, assorbe la luce solare in arrivo sotto forma di particelle chiamate fotoni. Quando un fotone colpisce una cella solare, genera elettroni caricati negativamente e buchi con carica positiva nello strato attivo.
Gli scienziati controllano il flusso di questi elettroni e fori intralciando lo strato attivo tra due “materiali di trasporto“, creando così un campo elettrico integrato. Per aiutare gli elettroni nella giusta direzione, molti pannelli solari includono uno “strato di trasporto di elettroni”. Essi impiegano il biossido di titanio come loro strato di trasporto di elettroni. Ma quando sono esposti alla luce del sole, il materiale reagisce con la perovskite e alla fine degrada il dispositivo.
La tecnica utilizzata è lo sputtering
Utilizzando una tecnica comune nell’industria chiamata deposizione per sputtering, i ricercatori hanno imparato come creare uno strato di trasporto di elettroni efficace dal diossido di stagno. La deposizione di polverizzazione funziona bombardando il materiale utilizzato, qui il diossido di stagno, con particelle cariche. Facendolo spruzzare verso l’alto su una superficie di attesa.
Controllando con precisione la potenza dello sputtering e la velocità della deposizione, i ricercatori hanno prodotto strati lisci con uno spessore uniforme su una vasta area. Le nuove celle solari hanno raggiunto un’efficienza di oltre il 20 per cento.
Per dimostrare la scalabilità di questo nuovo metodo, i ricercatori hanno poi fabbricato moduli solari 5 x 5 centimetri. Con un’area designata di 22,8 centimetri quadrati, scoprendo che i dispositivi risultanti hanno mostrato un’efficienza superiore al 12 percento.
Ora questa scoperta deve solo essere resa appetibile per il mercato.
