Mentre la necessità di energia rinnovabile in tutto il mondo sta crescendo in modo esponenziale, Ricercatori lituani e tedeschi hanno escogitato una nuova soluzione per lo sviluppo di tecnologia solare a basso costo. Materiale, sintetizzato dagli scienziati della Kaunas University of Technology (KTU) Lituania, che si autoassemblano per formare uno strato di elettrodi di spessore molecolare, presenta un modo semplice per realizzare celle solari in perovskite a giunzione singola e tandem altamente efficienti. La licenza per produrre il materiale è stata acquistata da una società giapponese.

Secondo gli scienziati, ottenere celle solari a base di perovskite, combinando basso prezzo e alta efficienza, ha dimostrato di essere un'impresa difficile in passato. La sfida particolare nella produzione su larga scala è il prezzo elevato e la limitata versatilità dei contatti foro-selettivi disponibili. I chimici KTU hanno affrontato questa sfida.

"L'elemento solare è simile a un panino, dove tutti gli strati hanno una funzione, cioè per assorbire l'energia, separare le lacune dagli elettroni, ecc. Stiamo sviluppando materiali per lo strato di contatto selettivo del foro, che si forma dalle molecole dei materiali che si autoassemblano sulla superficie del substrato, " spiega Artiom Magomedov, dottorato di ricerca studente presso la Facoltà di tecnologia chimica KTU, coautore dell'invenzione.

I monostrati sviluppati possono essere definiti un materiale di trasporto del foro perfetto, visto che costano poco, sono formati da una tecnica scalabile e hanno un ottimo contatto con i materiali perovskite. I monostrati autoassemblati (SAM) sono sottili fino a 1-2 nm, coprendo l'intera superficie; le molecole si depositano sulla superficie immergendola in una soluzione diluita. Le molecole sono basate su gruppi di testa di carbazolo con gruppi di ancoraggio dell'acido fosfonico e possono formare SAM su vari ossidi.

Secondo gli scienziati, l'uso dei SAM ha aiutato ad evitare il problema della superficie ruvida della cella CIGS. Integrando una cella solare in perovskite basata su SAM in un'architettura tandem, è stata realizzata una cella solare tandem monolitica CIGSe/perovskite efficiente al 23,26%, che è attualmente un record mondiale per questa tecnologia. Inoltre, uno dei SAM recentemente sviluppati utilizzati nella cella tandem Si/perovskite ha raggiunto l'efficienza quasi record del 27,5%.

"Le celle solari a giunzione singola e tandem a base di perovskite sono il futuro dell'energia solare, in quanto sono più economici e potenzialmente molto più efficienti. I limiti di efficienza degli elementi solari a base di silicio attualmente utilizzati in commercio sono saturati. Inoltre, Le risorse di silicio semiconduttore stanno diventando scarse ed è sempre più difficile estrarre l'elemento, "dice il professor Vytautas Getautis, il capo del gruppo di ricerca KTU dietro l'invenzione.

Secondo Magomedov, la quantità di energia solare che raggiunge la superficie della terra in un'ora potrebbe essere sufficiente a coprire il fabbisogno annuale di elettricità di tutta l'umanità. "Il potenziale dell'energia solare è immenso, "dice il giovane ricercatore.

Utilizzando le tecnologie tradizionali, 1 g di silicio (Si) è sufficiente per produrre solo un paio di centimetri quadrati dell'elemento solare; però, 1 g del materiale sintetizzato al KTU è sufficiente per coprire fino a 1000 m ² della superficie. Inoltre, il materiale organico autoassemblante sintetizzato al KTU è significativamente più economico delle alternative attualmente utilizzate negli elementi fotovoltaici.

Il team di chimici della KTU sta studiando da un paio d'anni l'uso delle molecole autoassemblanti nelle celle solari. Il materiale, sintetizzato al KTU, è stato applicato nella produzione di una cella solare funzionante in collaborazione con Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), Germania e fisici del Centro per le scienze e la tecnologia fisica (Lituania).

La licenza per produrre il materiale sintetizzato presso i laboratori KTU è stata acquistata da una società giapponese; il materiale chiamato 2PACz e MeO-2PACz apparirà presto sul mercato. Ciò significa che la tecnologia innovativa che utilizza composti autoassemblanti può essere ulteriormente ricercata nei migliori laboratori del mondo e alla fine trovare la sua strada nell'industria.