Uno strato protettivo di resina epossidica aiuta a prevenire la fuoriuscita di sostanze inquinanti dalle celle solari a perovskite (PSC), secondo gli scienziati dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST). L'aggiunta di un polimero "auto-riparante" alla parte superiore di un PSC può ridurre radicalmente la quantità di piombo che scarica nell'ambiente. Ciò dà un forte impulso alle prospettive di commercializzazione della tecnologia.

Con i livelli di anidride carbonica atmosferica che raggiungono i livelli più alti registrati nella storia, e gli eventi meteorologici estremi continuano ad aumentare di numero, il mondo si sta allontanando dai sistemi energetici legacy basati sui combustibili fossili verso fonti rinnovabili come il solare. La tecnologia solare perovskite è promettente, ma una sfida chiave per la commercializzazione è che può rilasciare inquinanti come il piombo nell'ambiente, specialmente in condizioni meteorologiche estreme.

"Sebbene i PSC siano efficienti nel convertire la luce solare in elettricità a un costo accessibile, il fatto che contengano piombo solleva notevoli preoccupazioni per l'ambiente, " spiega il professor Yabing Qi, capo dell'Unità Materiali energetici e scienze delle superfici, che ha condotto lo studio, pubblicato in Energia della natura .

"Anche se vale la pena esplorare la cosiddetta tecnologia 'senza piombo', non ha ancora raggiunto un'efficienza e una stabilità paragonabili agli approcci basati sul piombo. Trovare modi per utilizzare il piombo nei PSC evitando che si disperda nell'ambiente, perciò, è un passo cruciale per la commercializzazione."

Test fino alla distruzione

la squadra di Qi, supportato dal programma Proof-of-Concept del Centro per lo sviluppo tecnologico e l'innovazione dell'OIST, ha esplorato per la prima volta i metodi di incapsulamento per l'aggiunta di strati protettivi ai PSC per capire quali materiali potrebbero prevenire al meglio la fuoriuscita di piombo. Hanno esposto le cellule incapsulate con materiali diversi a molte condizioni progettate per simulare i tipi di tempo a cui le cellule sarebbero state esposte nella realtà.

Volevano testare le celle solari in uno scenario meteorologico peggiore, per comprendere la massima perdita di piombo che potrebbe verificarsi. Primo, hanno distrutto le celle solari usando una grande palla, imitando la grandine estrema che potrebbe abbattere la loro struttura e consentire la fuoriuscita di piombo. Prossimo, hanno cosparso le cellule con acqua acida, per simulare l'acqua piovana che trasporterebbe il piombo fuoriuscito nell'ambiente.

Utilizzando la spettroscopia di massa, il team ha analizzato la pioggia acida per determinare la quantità di piombo fuoriuscito dalle celle. Hanno scoperto che uno strato di resina epossidica permetteva solo perdite minime di piombo, ordini di grandezza inferiori rispetto agli altri materiali.

Consentire la redditività commerciale

La resina epossidica si è comportata meglio anche in una serie di condizioni atmosferiche in cui la luce del sole, l'acqua piovana e la temperatura sono state alterate per simulare gli ambienti in cui i PSC devono operare. In tutti gli scenari, compresa la pioggia estrema, la resina epossidica ha superato i materiali di incapsulamento rivali.

La resina epossidica funziona così bene grazie alle sue proprietà "auto-riparanti". Dopo che la sua struttura è stata danneggiata dalla grandine, Per esempio, il polimero riforma parzialmente la sua forma originale quando riscaldato dalla luce solare. Ciò limita la quantità di piombo che fuoriesce dall'interno della cella. Questa proprietà autorigenerante potrebbe rendere la resina epossidica lo strato di incapsulamento preferito per i futuri prodotti fotovoltaici.

"La resina epossidica è certamente un forte candidato, tuttavia altri polimeri autorigeneranti potrebbero essere ancora migliori, " spiega Qi. "In questa fase, siamo lieti di promuovere gli standard del settore fotovoltaico, e portando la sicurezza di questa tecnologia nella discussione. Prossimo, possiamo basarci su questi dati per confermare quale sia veramente il miglior polimero".

Oltre la perdita di piombo, un'altra sfida sarà quella di trasformare le celle solari in perovskite in pannelli solari in perovskite. Mentre le cellule sono lunghe solo pochi centimetri, i pannelli possono estendersi per pochi metri, e sarà più rilevante per i potenziali consumatori. Il team rivolgerà inoltre la propria attenzione alla sfida di lunga data dello stoccaggio di energia rinnovabile.