Un nuovo studio rivela buone notizie per la possibilità di utilizzare materiali perovskite nelle celle solari di prossima generazione.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Acta Materialia , rileva che sebbene i film di perovskite tendano a rompersi facilmente, quelle crepe si rimarginano facilmente con un po' di compressione o un po' di calore. Questo è di buon auspicio, dicono i ricercatori, per l'uso di perovskiti poco costose per sostituire o integrare il costoso silicio nelle tecnologie delle celle solari.

"L'efficienza delle celle solari in perovskite è cresciuta molto rapidamente e ora rivaleggia con il silicio nelle celle di laboratorio, " disse Nitin Padture, l'Otis E. Randall Professor alla Brown's School of Engineering e direttore dell'Institute for Molecular and Nanoscale Innovation. "Tutti inseguono l'alta efficienza, che è importante, ma dobbiamo anche pensare a cose come la durata a lungo termine e l'affidabilità meccanica se vogliamo portare questa tecnologia delle celle solari sul mercato. Ecco di cosa trattava questa ricerca".

perovskiti, un'ampia classe di materiali cristallini, sono state incorporate per la prima volta nelle celle solari nel 2009. Quelle prime celle solari in perovskite avevano un'efficienza di conversione dell'energia di circa il 4%, ma ora supera il 25%, essenzialmente lo stesso del silicio tradizionale. Il vantaggio delle celle solari in perovskite è che possono essere realizzate per una frazione del costo del silicio, potenzialmente riducendo il costo degli impianti di energia solare. Le perovskiti possono anche essere trasformate in film sottili semitrasparenti e flessibili, potenzialmente aprendo la strada a finestre che generano energia o a finestre leggere, celle solari flessibili in tende o zaini.

Ma il basso costo e la facilità di realizzare celle solari in perovskite hanno un costo.

"Nella scienza dei materiali, le cose che sono facili da fare tendono anche ad essere facili da rompere, " ha detto Padture che ha guidato lo studio. "Questo è certamente vero per le perovskiti, che sono piuttosto fragili. Ma qui mostriamo che sono anche abbastanza facili da riparare:le crepe nei film di perovskite possono essere guarite comprimendole o con un calore moderato".

Per lo studio, Srinivas Yadavalli, uno studente di dottorato che lavora nel laboratorio di Padture e il primo autore dell'articolo, film di perovskite depositati su substrati plastici. Ha quindi piegato il substrato per applicare uno stress di trazione (strappo) sul film di perovskite mentre utilizzava un microscopio elettronico a scansione (SEM) per rilevare le crepe. Una volta che il film è stato rotto, i ricercatori hanno quindi piegato il substrato nella direzione opposta per vedere se lo stress da compressione potesse guarire quelle crepe.

Abbastanza sicuro, L'imaging SEM ha mostrato che le crepe erano scomparse. Per assicurarsi che le crepe fossero completamente guarite e non semplicemente nascoste, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica nota come diffrazione dei raggi X. Misurando la dimensione del reticolo atomico di un materiale, la tecnica può rivelare se un'area precedentemente incrinata è ora in grado di sopportare un carico meccanico, un segno infallibile che la fessura è guarita. Questi test hanno anche indicato crepe completamente guarite.

I ricercatori hanno scoperto che il calore era altrettanto efficace nella guarigione delle crepe. Temperature intorno ai 100 gradi Celsius, un riscaldamento piuttosto modesto per gli standard della scienza dei materiali, erano sufficienti per guarire completamente le crepe nei film di perovskite.

Padture afferma che la ricerca era finalizzata a comprendere meglio le proprietà di base dei materiali di perovskite, e occorre lavorare di più per sviluppare metodi per applicare queste informazioni in un contesto commerciale. Ma sapere che i film di perovskite sono facilmente guaribili potrebbe essere utile poiché questi tipi di celle solari si muovono verso la commercializzazione.

"È una buona notizia, " Ha detto Padture. "Suggerisce che metodi di guarigione abbastanza semplici possono aiutare a mantenere le prestazioni in questi tipi di celle solari".