(Phys.org) — Raggiungere un equilibrio tra fabbricazione a basso costo e alta efficienza è la chiave per il futuro successo delle celle solari. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno lavorato allo sviluppo di metodi a basso costo per produrre celle solari. Uno dei metodi più promettenti è l'elaborazione della soluzione.

In un nuovo documento, Dott. Joel van Embden, et al., dal CSIRO Scienza e ingegneria dei materiali, Australia, hanno utilizzato un metodo di elaborazione della soluzione a basso costo per fabbricare celle solari a base di nanocristalli realizzate con inchiostri di nanocristalli polari rispettosi dell'ambiente.

Mentre le precedenti celle solari realizzate con nanocristalli richiedevano l'uso di solventi altamente tossici o contenenti elevate concentrazioni di contaminanti organici, nel nuovo studio i ricercatori sono stati in grado di utilizzare a basso costo, solventi non pericolosi invece, come gli alcoli semplici. Anche in questa fase iniziale del loro sviluppo, le celle solari mostrano un'efficienza fino al 7,7% e sembrano essere candidati promettenti per future applicazioni commerciali.

"Il più grande significato del nostro lavoro è che dimostra la capacità di prendere materiali economici e trasformarli in celle solari efficienti utilizzando metodi scalabili e liquidi rispettosi dell'ambiente, " Van Embden ha detto Phys.org .

Come spiegano i ricercatori nel loro articolo, l'eventuale adozione di celle solari processate in soluzione da parte del mercato delle energie rinnovabili dipende sia dalla capacità di sintetizzare le dispersioni di "inchiostro" dei semiconduttori richieste utilizzando scalabili, metodi a basso costo, così come l'elaborazione di questi inchiostri in dispositivi utilizzando semplici, chimica benigna. Le nuove celle solari a base di nanocristalli affrontano entrambe queste sfide. Per di più, lo strato di assorbimento della luce di queste cellule è costituito da nanocristalli composti dal poco costoso, materiali abbondanti in terra rame, zinco, stagno e zolfo.

I ricercatori hanno realizzato "l'inchiostro solare" modificando la chimica della superficie dei nanocristalli per conferire un'elevata polarità. Questa elevata polarità è stata ottenuta attaccando molecole organiche specializzate chiamate ligandi sulla superficie del nanocristallo.

Gli inchiostri a nanocristalli sono stati quindi depositati su substrati di vetro conduttivo e trattati con vapore di selenio utilizzando un processo chiamato selenizzazione. Questo processo trasforma il film nanocristallino in un film microcristallino, che migliora notevolmente la risposta del film alla luce. Però, il grado di crescita del grano indotto da questo processo di selenizzazione è attualmente limitato. I ricercatori si aspettano che questa limitazione sia la sfida più significativa per le celle solari a base di nanocristalli.

La direzione futura di questa ricerca consiste nello spingere verso una maggiore efficienza dei dispositivi adattando la composizione dell'inchiostro a nanocristalli. Gli inchiostri polari consentono di includere droganti benefici e additivi che promuovono la crescita. Questo sviluppo apre le porte a formulazioni di inchiostro complesse che dovrebbero essere adatte alla stampa di celle solari di prossima generazione.

"Stiamo sviluppando inchiostri nanocristalli multicomponente, che contengono vari additivi, ciascuno con il proprio ruolo da svolgere nel migliorare l'efficienza della cella solare finale, " ha detto Van Embden.

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