(Phys.org) — La funzione di base delle celle solari è quella di raccogliere la luce solare e trasformarla in elettricità. Così, è di fondamentale importanza che la pellicola che raccoglie la luce sulla superficie della cella sia progettata per il miglior assorbimento di energia. La ricerca per sviluppare celle solari più efficienti ha portato a una feroce competizione tra gli scienziati per trovare i materiali più economici e più energetici.

Verso quell'obiettivo, un team eterogeneo di scienziati dell'UCLA del California NanoSystems Institute sta migliorando l'efficienza dei nuovi materiali per pellicole che stanno rivoluzionando la tecnologia delle celle solari. I ricercatori guidati dal professor Yang Yang, il Carol e Lawrence E. Tannas Jr. Professore di Ingegneria presso la UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, hanno recentemente pubblicato due studi in cui hanno aumentato l'efficienza di conversione dell'energia dei materiali kesterite e perovskite per realizzare celle solari altamente efficienti ea basso costo.

kesterita

La kesterite è una sostanza inorganica (non derivata da piante o animali) costituita da materiali abbondanti, come il rame, zinco, stagno e zolfo. Il team dell'UCLA ha sviluppato un modo per aumentare la conversione della luce solare in elettricità controllando la composizione e la dispersione dei nanocristalli di kesterite in un inchiostro utilizzato per creare la pellicola utilizzata nelle celle solari.

In un articolo pubblicato online l'8 agosto sulla rivista ACS Nano , il gruppo Yang ha mostrato che la loro capacità di controllare e migliorare la composizione spaziale e la distribuzione dei nanocristalli nell'inchiostro kesterite ha migliorato la sua efficienza di conversione di potenza all'8,6% con una tecnica coerente e ripetibile.

"Il dispositivo utilizza il rame, zinco e stagno, e siamo stati in grado di controllare il rapporto degli elementi per migliorare i nanocristalli, " disse Huanping Zhou, uno studioso post-dottorato e primo autore dello studio. "Un problema in passato erano i troppi difetti nel film a causa del problema della distribuzione degli elementi. Ora stiamo sintetizzando i nanocristalli in modo da controllare con precisione gli elementi spaziali e la distribuzione nel film. Questo ci consente di massimizzare l'efficienza delle celle solari. "

Yang ha affermato che il team è stato in grado di eseguire un processo completo di soluzione con il materiale. "Ciò significa che tutti gli strati di elementi della cella solare necessari:l'adsorbente, l'elettrodo, eccetera., sono liquidi che possono essere spruzzati o verniciati su una superficie per trasformarla in una cella solare, " ha detto. "Potrebbe essere il tetto di un'auto elettrica, o le pareti esterne di un edificio, finestre o tetto."

Yang ha anche sottolineato che la kesterite è molto stabile, e quel rame, zinco e stagno sono poco costosi e ampiamente disponibili.

perovskite

La perovskite è un materiale ibrido organico e inorganico che combina carbonio e piombo. Da quando è stato utilizzato per la prima volta come materiale per celle solari cinque anni fa, i miglioramenti hanno portato la sua efficienza di conversione di potenza a quasi il 20 percento, come mostrato in uno studio pubblicato sulla rivista Scienza il 1 agosto.

"Abbiamo sviluppato una tecnica per controllare la formazione della perovskite per realizzare una cella solare con un'efficienza di poco inferiore al 20%, " disse Qi Chen, studioso post-dottorato e primo autore dello studio con Zhou, "La perovskite è un materiale a bassissimo costo da produrre ed è molto sottile, un millesimo dello spessore di una normale cella solare al silicio. Può essere reso flessibile, appeso al muro, o potrebbe essere usato per costruire una fattoria solare."

Anche la perovskite nasce come inchiostro liquido, e i ricercatori dell'UCLA hanno controllato delicatamente la dinamica del materiale durante la sua crescita, che si fa in aria a basse temperature. Ciò rende economica la produzione di dispositivi in ​​perovskite di grandi dimensioni con livelli di prestazioni elevati. La tecnica migliorata può essere utilizzata in dispositivi a base di perovskite di applicazioni così diverse come diodi emettitori di luce, transistor ad effetto di campo, e sensori.

Chen ha affermato che poiché attualmente la perovskite è instabile nell'aria e si deteriora nel tempo, i ricercatori stanno lavorando sulla stabilità a lungo termine per renderla più stabile. E poiché il piombo è un elemento tossico, i materiali ecologici in perovskite senza piombo sarebbero un argomento interessante in futuro.

Yang ha detto che con la concorrenza a basso costo, le celle solari ad alta efficienza sono così calde, la sua squadra persegue quante più strade possibili verso l'obiettivo di avere il più efficiente, celle solari a basso costo.