Le celle solari fatte di perovskite sono molto promettenti per il futuro dell'energia solare. Il materiale è economico, facile da produrre ed efficiente quasi quanto il silicio, il materiale tradizionalmente utilizzato nelle celle solari. Però, la perovskite si degrada rapidamente, limitandone fortemente l'efficienza e la stabilità nel tempo. Ricercatori della Eindhoven University of Technology, istituto di ricerca energetica DIFFER, L'Università di Pechino e l'Università di Twente hanno scoperto che l'aggiunta di una piccola quantità di fluoruro alla perovskite lascia uno strato protettivo, aumentando significativamente la stabilità dei materiali e delle celle solari. Le celle solari mantengono il 90% della loro efficienza dopo 1000 ore di funzionamento in varie condizioni di prova estreme. I risultati sono pubblicati oggi nella principale rivista scientifica Energia della natura .

Perché sono così economici da fare, Le celle solari in perovskite sono state al centro di molte ricerche solari recenti. Come conseguenza, la loro efficienza è passata da meno del 4% nel 2009 a oltre il 24% attuale, che è vicino alle tradizionali celle al silicio. Le cosiddette cellule tandem, che combinano celle di silicio e perovskite, raggiungere un'efficienza superiore al 28 percento.

Nonostante questo successo, La perovskite presenta una serie di difetti dovuti alla natura del materiale e al modo in cui è fabbricato. Col tempo, le vacanze nella struttura atomica dell'alogenuro metallico innescano la degradazione della perovskite sotto l'influenza dell'umidità, luce e calore.

Strato protettivo

I ricercatori di Eindhoven, Twente e Pechino hanno sperimentato un nuovo tipo di perovskite, aggiungendo una piccola quantità di fluoro nel processo di produzione. Proprio come il fluoro nel dentifricio, gli ioni fluoruro formano uno strato protettivo attorno al cristallo, prevenire la diffusione dei difetti dannosi.

"Il nostro lavoro ha notevolmente migliorato la stabilità delle celle solari a perovskite, "dice Shuxia Tao, professore assistente presso il Center for Computational Energy Research, un centro congiunto del Dipartimento di Fisica Applicata di TU/e ​​e DIFFER, e coautore del paper. "Le nostre celle mantengono il 90% della loro efficienza dopo 1000 ore in condizioni di luce e calore estreme. Questo è molte volte più lungo dei tradizionali composti di perovskite. Raggiungiamo un'efficienza del 21,3%, che è un ottimo punto di partenza per ulteriori guadagni di efficienza."

A causa della sua elevata elettronegatività, il fluoruro stabilizza il reticolo della perovskite formando forti legami idrogeno e legami ionici sulla superficie del materiale.

Gran parte del lavoro del team di Eindhoven è stato dedicato alla spiegazione del motivo per cui il fluoro è un ingrediente così efficace rispetto ad altri alogeni. Utilizzando simulazioni al computer concludono che parte del suo successo è dovuto alle piccole dimensioni e all'elevata elettronegatività degli ioni fluoruro. Maggiore è l'elettronegatività di un elemento, più facilmente attrae gli elettroni degli elementi vicini. Questo aiuta gli ioni fluoruro a formare forti legami con gli altri elementi nel composto di perovskite, formando uno strato protettivo stabile.

Ricerca futura

Lo studio è visto come un passo importante verso l'implementazione di successo delle celle solari in perovskite in futuro. Però, molto lavoro resta da fare. Il gold standard nell'industria solare è un tasso di ritenzione di almeno l'85 percento dell'efficienza originale dopo dieci o quindici anni, uno standard ancora lontano per le celle di perovskite.

"Ci aspettiamo che ci vorranno altri cinque-dieci anni prima che queste celle diventino un prodotto commercialmente valido. Non solo dobbiamo migliorare ulteriormente la loro efficienza e stabilità, abbiamo anche bisogno di acquisire una migliore comprensione teorica dei meccanismi rilevanti su scala atomica. Non abbiamo ancora tutte le risposte sul perché alcuni materiali siano più efficaci di altri nell'aumentare la stabilità a lungo termine di queste cellule, "dice Tao.