Il sole è una fonte di energia inesauribile e sostenibile. Quindi, il fotovoltaico sta acquisendo importanza nella produzione energetica tedesca. Tra i materiali promettenti per le celle solari, con un'elevata efficienza e bassi costi di produzione, ci sono le perovskiti metallo-organiche. I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno sviluppato un nuovo tipo di strato di trasporto di fori di ossido di nichel altamente efficiente che può essere depositato su vaste aree e raggiunge efficienze record in queste celle solari.

Con efficienze superiori al 24 percento in laboratorio, Le celle solari in perovskite sono tra i sistemi fotovoltaici a film sottile più efficienti. Rispetto alle celle solari al silicio che attualmente sono predominanti sul mercato, possono essere prodotti molto più facilmente ea costi ridotti.

Quando la luce solare colpisce l'assorbitore di perovskite, gli elettroni sono staccati dal loro stato legato e sottoposti ad eccitazione. Allo stesso tempo, rimangono buchi carichi positivamente. "Per raccogliere energia dalla cella solare, questi elettroni e lacune devono essere rimossi su lati diversi dell'assorbitore. Nelle celle solari perovskite, questo è fatto da strati portatori di carica selettivi, cioè membrane che lasciano passare sia gli elettroni che le lacune, "dice Tobias Abzieher, dottorando di ricerca presso il Light Technology Institute (LTI) di KIT. "Le celle solari efficienti in perovskite non richiedono solo uno strato di perovskite ottimizzato che assorbe la luce, ma anche ottimizzati strati selettivi del vettore di carica."

Insieme ad altri scienziati di KIT, Abzieher ha sviluppato un nuovo tipo di strato di trasporto del foro altamente efficiente a base di ossido di nichel (NiOx) per celle solari in perovskite. Questo strato può essere prodotto a costi contenuti e contrariamente ai materiali organici convenzionali, è meno sensibile a temperature superiori a 70°C. "Per depositare il materiale sul supporto, utilizziamo una tecnologia di processo sotto vuoto, evaporazione del fascio di elettroni. Per evaporazione, l'ossido di metallo si deposita su un substrato. Grazie al numero ridotto di parametri di processo, possiamo produrre grandi strati omogenei di alta qualità costante, "dice Abzieher.

Efficienze di registrazione

Le celle solari Perovskite completamente lavorate sotto vuoto raggiungono efficienze fino al 16,1% e, quindi, sono tra le celle solari perovskite più efficienti prodotte con questo metodo. Oltre alla deposizione sotto vuoto, il substrato altamente efficiente è ideale anche per la deposizione di assorbitori mediante stampa a getto d'inchiostro, un metodo di stampa ampiamente utilizzato. Con questo noto metodo, gli scienziati hanno raggiunto un record mondiale:i loro strati assorbenti stampati a getto d'inchiostro hanno raggiunto efficienze fino al 18,5%. "Attualmente il lavoro si concentra sulla deposizione mediante rivestimento rotativo. Qui, le efficienze sono superiori al 24 percento. Però, questa tecnologia non può essere trasferita su grandi aree, " Dice Tobias Abzieher.

"Ci concentriamo su metodi di produzione scalabili. Il nostro obiettivo è trasferire il fotovoltaico in perovskite dal laboratorio alle fabbriche, " dice il dottor Ulrich W. Paetzold, Capo del gruppo Ottica avanzata e materiali per il fotovoltaico di nuova generazione dell'Istituto di tecnologia delle microstrutture (IMT) e dell'Istituto di tecnologia della luce (LTI) di KIT.