I ricercatori hanno scoperto l'esatto meccanismo che provoca la rottura delle nuove celle solari nell'aria, aprendo la strada a una soluzione.

Le celle solari sfruttano l'energia del sole e forniscono un'alternativa alle fonti energetiche non rinnovabili come i combustibili fossili. Però, affrontano sfide dovute a processi di produzione costosi e scarsa efficienza:la quantità di luce solare convertita in energia utilizzabile.

I materiali che assorbono la luce chiamati perovskiti organiche agli alogenuri di piombo sono utilizzati in un nuovo tipo di celle solari che hanno mostrato grandi promesse, in quanto sono più flessibili ed economici da produrre rispetto alle tradizionali celle solari costruite in silicio.

Però, le cellule di perovskite si degradano rapidamente in condizioni naturali, diminuendo notevolmente le loro prestazioni in pochi giorni. Questo è uno dei motivi per cui attualmente non sono ampiamente utilizzati.

In precedenza, un team guidato da scienziati del Dipartimento di Chimica dell'Imperial ha scoperto che questa rottura è dovuta alla formazione di "superossidi" che attaccano il materiale di perovskite. Questi superossidi si formano quando la luce che colpisce le cellule rilascia elettroni, che reagiscono con l'ossigeno dell'aria.

Ora, in uno studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura , il team ha determinato come si formano i superossidi e come attaccano il materiale perovskite, e hanno proposto possibili soluzioni.

Ossidi non proprio super

Lavorando con i chimici all'Università di Bath, il team ha scoperto che la formazione del superossido è aiutata dagli spazi nella struttura della perovskite normalmente occupati dalle molecole di ioduro. Sebbene lo ioduro sia un componente del materiale stesso della perovskite, ci sono difetti dove manca lo ioduro. Questi punti vuoti vengono quindi utilizzati nella formazione di superossidi.

Il team ha scoperto che il dosaggio del materiale con ulteriore ioduro dopo la produzione ha migliorato la stabilità, ma che una soluzione più permanente potrebbe essere quella di eliminare i difetti dello ioduro.

Autore principale del nuovo studio, Nicholas Aristidou del Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Dopo aver identificato il ruolo dei difetti dello ioduro nella generazione del superossido, potremmo migliorare con successo la stabilità del materiale riempiendo i posti vacanti con ioni ioduro aggiuntivi. Questo apre un nuovo modo di ottimizzare il materiale per una maggiore stabilità controllando il tipo e la densità dei difetti presenti".

Il ricercatore capo, il dott. Saif Haque del Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha aggiunto:"Ora abbiamo fornito un percorso per comprendere questo processo su scala atomica e consentire la progettazione di dispositivi con una stabilità migliorata".

Soluzioni migliori

Attualmente, l'unico modo per proteggere le cellule di perovskite dalla degradazione da parte dell'aria e della luce è racchiuderle nel vetro. Però, le celle solari in perovskite sono realizzate in materiale flessibile progettato per essere utilizzato in una vasta gamma di impostazioni, quindi l'involucro in vetro limita fortemente la loro funzione.

Il dottor Haque ha dichiarato:"L'involucro in vetro limita il movimento e aggiunge peso e costi alle celle. Migliorare il materiale delle celle in perovskite è la soluzione migliore".

Il team spera di testare successivamente la stabilità delle celle in ambienti reali. Le cellule sarebbero esposte a una combinazione di ossigeno e umidità, testare le celle in scenari più rilevanti.