Man mano che le celle solari in perovskite stabiliscono record di efficienza e la tecnologia nascente diventa più stabile, resta un'altra grande sfida:la questione della scalabilità, secondo i ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia.

"È scalabile, " disse Kai Zhu, un ricercatore di scienze dei materiali presso NREL. "Dobbiamo solo dimostrare efficienza e rendimento su larga scala per spostare la tecnologia oltre il laboratorio".

Autore principale di un nuovo documento Nature Reviews Materials intitolato, "Fabbricazione scalabile di celle solari in perovskite, " Zhu e i suoi colleghi del NREL hanno esaminato gli sforzi per spostare le perovskiti dal laboratorio al tetto. Zhen Li, Talisa Klein, Dong Hoe Kim, Mengjin Yang, Giuseppe Berry, e Maikel van Hest sono i coautori.

La maggior parte dei pannelli solari oggi sul mercato sono realizzati in silicio, ma le celle solari in perovskite hanno il potenziale per accelerare la crescita della produzione fotovoltaica (FV) negli Stati Uniti perché sono molto più economiche da realizzare e hanno mostrato un potenziale di prestazioni in laboratorio. Le perovskiti hanno raggiunto livelli di efficienza record più velocemente di qualsiasi altra tecnologia di celle solari con il record attuale, certificato la scorsa estate, che ora si attesta al 22,7 percento. Ma l'efficienza di una cella solare in perovskite diminuisce con l'aumentare dell'area della cella e del modulo. Una combinazione di fattori è attribuita al declino, compreso il rivestimento non uniforme delle sostanze chimiche nella cella. Anche, quando qualsiasi tipo di celle solari vengono unite insieme per creare moduli, si formano zone inattive tra le celle dove la luce solare non viene convertita in elettricità, portando a cali di efficienza.

Per realizzare una cella solare a perovskite in laboratorio, gli scienziati depositano sostanze chimiche su un substrato. Il materiale perovskite si forma quando le sostanze chimiche si cristallizzano. Il metodo di deposizione più comunemente usato in laboratorio, chiamato rivestimento di rotazione, produce dispositivi con la massima efficienza, ma il processo spreca più del 90% delle sostanze chimiche utilizzate, il cosiddetto inchiostro perovskite. Il rivestimento rotante funziona anche meglio su celle più piccole di quattro pollici quadrati, ma non esiste un modo semplice per consentire l'utilizzo di questa tecnologia su una superficie più ampia.

I ricercatori del NREL hanno esaminato potenziali metodi di deposizione scalabili, Compreso:

• Rivestimento della lama, che utilizza una lama per diffondere la soluzione chimica sui substrati per formare film sottili bagnati. Il processo può essere adattato per la produzione roll-to-roll, con substrati flessibili che si muovono su un rullo sotto una lama fissa simile a come vengono stampati i giornali. Il rivestimento della lama spreca meno inchiostro rispetto al rivestimento rotante.
• Rivestimento a fessura, che si basa su un serbatoio per fornire l'inchiostro precursore per applicare l'inchiostro sul substrato. Il processo non è stato esplorato bene come altri metodi e finora ha dimostrato un'efficienza inferiore rispetto al rivestimento della lama. Ma la riproducibilità del rivestimento slot-die è migliore del rivestimento della lama quando l'inchiostro è ben sviluppato, quindi questo è più applicabile per la produzione roll-to-roll.
• stampa a getto d'inchiostro, che utilizza un piccolo ugello per disperdere l'inchiostro precursore. Il processo è stato utilizzato per realizzare celle solari su piccola scala, ma se è adatto per l'alto volume, la produzione su grandi aree dipenderà dalla velocità di stampa e dalla struttura del dispositivo.

Esistono altri metodi, come l'elettrodeposizione, ma non ci sono state segnalazioni di ciò che viene utilizzato per effettuare la deposizione diretta di perovskiti di alogenuri nelle celle solari di perovskite.

Nonostante le numerose sfide, si stanno compiendo notevoli progressi verso l'aumento della produzione di queste celle solari, i ricercatori del NREL hanno notato nel documento. Il nuovo documento ha delineato la ricerca che deve essere affrontata per ampliare la tecnologia. Un'area in particolare che richiede maggiore attenzione è l'architettura ideale di un modulo solare in perovskite.

Diversi studi hanno stimato che le celle solari in perovskite potrebbero generare elettricità a un costo inferiore rispetto ad altre tecnologie fotovoltaiche, sebbene queste cifre siano basate su ricerche ipotetiche. Ma una conclusione che si può trarre dagli studi è che i costi di input più elevati per i moduli di perovskite proverranno da substrati e materiali per elettrodi, che indica una serie di opportunità di innovazione in questi settori.