Figura 1. Schema della struttura completa del dispositivo a celle solari. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Un gruppo di ricerca KAIST ha proposto un materiale perovskite, Cs 2 Au 2 io 6 che funge da potenziale materiale attivo per dispositivi fotovoltaici a film sottile senza piombo altamente efficienti. Questo materiale dovrebbe gettare le basi per superare i limiti precedentemente noti della perovskite, inclusi i suoi problemi di stabilità e tossicità.
Come forti candidati per le celle fotovoltaiche ad alta efficienza di prossima generazione, le celle fotovoltaiche in perovskite hanno un'efficienza di fotoconversione massima del 22%, paragonabile alle celle fotovoltaiche in silicio cristallino ad alte prestazioni. Inoltre, le celle a base di perovskite possono essere fabbricate a basse temperature, determinando così una drastica riduzione dei costi.
Però, è stato notato che i materiali ibridi organici-inorganici convenzionali mostrano una bassa stabilità, alla fine degradando le loro prestazioni e rendendole inadatte all'uso continuato. Inoltre, la loro inclusione di piombo ha minato la loro compatibilità ambientale.
Alla luce di questo, un team congiunto guidato dal Professor Hyungjun Kim del Dipartimento di Chimica KAIST e dal Professor Min Seok Jang della School of Electrical Engineering ha analizzato un materiale di perovskite precedentemente scoperto, Cs 2 Au 2 io 6 , costituito da sole sostanze inorganiche e ne ha studiato l'idoneità all'applicazione in dispositivi fotovoltaici a film sottile. Indagini teoriche suggeriscono che questo nuovo materiale di perovskite non è solo efficiente ma anche più stabile e rispettoso dell'ambiente rispetto ai materiali di perovskite convenzionali. Per questa analisi, il team ha sviluppato framework di simulazione multifisica multiscala. Sono stati effettuati calcoli quantistici di primo principio su scala atomica per studiare le proprietà ottiche del materiale proposto, e sono state condotte simulazioni elettromagnetiche su scala di dispositivi per suggerire che il materiale potrebbe effettivamente fungere da promettente sostanza fotovoltaica a livello di dispositivo.
Da questo punto in poi, il team di ricerca prevede di estendere lo studio in due direzioni:uno studio empirico per applicare il materiale perovskite nelle celle fotovoltaiche del mondo reale e un'analisi teorica per trovare il materiale ottimale e altamente stabile per le celle fotovoltaiche. La squadra ha detto, "I materiali perovskite sono altamente efficienti, ma per sostituire completamente le celle solari convenzionali, i loro problemi di stabilità e tossicità devono prima essere risolti." Hanno aggiunto che questa ricerca dovrebbe accelerare gli studi correlati alla ricerca di alta efficienza, materiali perovskite ecologici.
