CaZrSe3 nella fase distorta della perovskite ortorombica rappresentata dalla (a) vista laterale e (b) vista dall'alto. Credito:Ganesh Balasubramanian, Eric Osei-Agyemang e Challen Enninful Adu
Affinché le celle solari vengano ampiamente utilizzate nei prossimi decenni, i ricercatori devono risolvere due grandi sfide:aumentare l'efficienza e ridurre la tossicità.
L'energia solare funziona attraverso un processo che converte la luce in energia chiamato effetto fotovoltaico. Alcuni materiali sensibili alla luce quando confezionati insieme in una "cella" hanno la capacità di convertire l'energia dalla luce in elettricità.
La maggior parte delle celle solari odierne richiede una forma altamente elaborata di silicio. Il trattamento provoca effetti tossici sull'uomo e sull'ambiente. Secondo un articolo pubblicato su Materiali AZO nel 2015, molti passi avanti sono stati fatti da quando è stata sviluppata la prima cella solare, ma i tassi di efficienza medi sono ancora ben al di sotto del 30 percento, con molte celle che raggiungono a malapena il 10% di efficienza.
I ricercatori hanno recentemente lavorato con un materiale:una perovskite calcogenuro emergente CaZrSe 3 —che ha mostrato un grande potenziale per le applicazioni di conversione dell'energia grazie alle sue notevoli proprietà ottiche ed elettriche.
"Questi materiali sono estremamente promettenti per le applicazioni di conversione dell'energia solare, "dice Ganesh Balasubramanian, assistente professore di ingegneria meccanica presso il P.C. della Lehigh University. Rossin College di Ingegneria e Scienze Applicate. "Si possono potenzialmente progettarli come materiali termoelettrici solari che convertono l'energia termica dal sole in energia elettrica utilizzabile".
Balasubramaniano, lavorando con lo studente post-dottorato Eric Osei-Agyemang e lo studente universitario Challen Enninful Adu, avere per la prima volta, ha rivelato conoscenze di prima mano sulle proprietà fondamentali del vettore energetico della perovskite calcogenuro CaZrSe 3 . Hanno pubblicato le loro scoperte in NPJ Computational Materials in un articolo intitolato "Ultralow reticolo conducibilità termica di chalcogenide perovskite CaZrSe 3 contribuisce all'elevata figura di merito termoelettrico." Questo lavoro si complimenta con un recente articolo dello stesso team pubblicato su Advanced Theory and Simulations chiamato "Doping and Anisotropy-Dependent Electronic Transport in Chalcogende Perovskite CaZrSe 3 per un'elevata efficienza termoelettrica."
"Insieme forniscono uno sguardo olistico alle proprietà di trasporto di questi materiali, " dice Balasubramanian. "Essi dimostrano anche che la perovskite calcogenuro CaZrSe 3 può essere potenzialmente utilizzato per il recupero del calore residuo o per la conversione dell'energia solare in elettricità."
Per arrivare ai loro risultati, il team ha eseguito calcoli chimici quantistici esaminando le proprietà elettroniche e reticolari di questi materiali per ricavare utili informazioni sul trasporto dei materiali.
La notizia che il trasporto di energia attraverso materiali avanzati come i calcogenuri può essere regolato dalla nanostrutturazione dovrebbe essere accolta con favore da altri ricercatori nel campo, dice Balasubramanian, avvicinare gli scienziati all'applicazione di queste tecniche per ottenere un metodo di produzione di energia solare più economico, più efficiente e meno tossico.
