Celle solari, che convertono la luce solare in elettricità, fanno parte da tempo della visione globale delle energie rinnovabili. Sebbene le singole cellule siano molto piccole, quando si esegue l'upscaling ai moduli, possono essere utilizzati per caricare batterie e luci di alimentazione. Se affiancati, potevano, un giorno, essere la principale fonte di energia per gli edifici. Ma le celle solari attualmente in commercio utilizzano silicio, il che li rende costosi da fabbricare rispetto a fonti di alimentazione più tradizionali.

Ecco dove un altro, relativamente nuovo per la scienza, entra in gioco il materiale:perovskite ad alogenuri metallici. Quando si trova al centro di una cella solare, questa struttura cristallina converte anche la luce in elettricità, ma a un costo molto inferiore rispetto al silicio. Per di più, Le celle solari a base di perovskite possono essere fabbricate utilizzando substrati sia rigidi che flessibili così, oltre ad essere più economico, potrebbero essere più leggeri e flessibili. Ma, avere un potenziale reale, questi prototipi devono aumentare di dimensioni, efficienza, e durata della vita.

Ora, in un nuovo studio, pubblicato in Nano energia , ricercatori dell'Unità Materiali Energetici e Scienze delle Superfici, guidato dal professor Yabing Qi, presso l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno dimostrato che creare una delle materie prime necessarie per le perovskiti in un modo diverso potrebbe essere la chiave del successo di queste cellule.

"C'è una polvere cristallina necessaria nelle perovskiti chiamata FAPbI ₃ , che forma lo strato assorbente della perovskite, " ha spiegato uno degli autori principali, Dottor Guoqing Tong, borsista post-dottorato nell'Unità. "In precedenza, questo strato è stato fabbricato combinando due materiali:PbI2 e FAI. La reazione che avviene produce FAPbI3. Ma questo metodo è tutt'altro che perfetto. Ci sono spesso avanzi di uno o entrambi i materiali originali, che possono ostacolare l'efficienza della cella solare."

Per aggirare questo, i ricercatori hanno sintetizzato la polvere cristallina utilizzando un metodo di ingegneria delle polveri più preciso. Usavano ancora una delle materie prime:il PbI ₂ — ma includeva anche passaggi aggiuntivi, che ha coinvolto, tra le altre cose, scaldando il composto a 90 gradi Celsius e sciogliendo accuratamente e filtrando gli eventuali avanzi. Ciò ha assicurato che la polvere risultante fosse di alta qualità e strutturalmente perfetta.

Un altro vantaggio di questo metodo era che la stabilità della perovskite aumentava a diverse temperature. Quando lo strato assorbente della perovskite si è formato dalla reazione originale, era stabile alle alte temperature. Però, a temperatura ambiente, è passato dal marrone al giallo, che non era l'ideale per assorbire la luce. La versione sintetizzata era marrone anche a temperatura ambiente.

Nel passato, i ricercatori hanno creato una cella solare a base di perovskite con un'efficienza superiore al 25%, che è paragonabile alle celle solari a base di silicio. Ma, per spostare queste nuove celle solari oltre il laboratorio, è necessaria una dimensione di alto livello e una stabilità a lungo termine.

"Le celle solari su scala di laboratorio sono minuscole, " ha detto il Prof. Qi. "La dimensione di ogni cella è solo di circa 0,1 cm ² . La maggior parte dei ricercatori si concentra su questi perché sono più facili da creare. Ma, in termini di applicazioni, abbiamo bisogno di moduli solari, che sono molto più grandi. Anche la durata della vita delle celle solari è qualcosa di cui dobbiamo essere consapevoli. Sebbene in precedenza sia stato raggiunto il 25% di efficienza, la durata della vita era, al massimo, qualche migliaio di ore. Dopodichè, l'efficienza della cella ha iniziato a diminuire."

Utilizzando la polvere di perovskite cristallina sintetizzata, Dottor Tong, insieme al Dr. Dae-Yong Son e agli altri scienziati dell'Unità del Prof. Qi, raggiunto un'efficienza di conversione di oltre il 23 per cento nella loro cella solare, ma la durata della vita era più di 2000 ore. Quando sono passati a moduli solari di 5x5 cm2, hanno comunque raggiunto un'efficienza superiore al 14%. Come prova del concetto, hanno fabbricato un dispositivo che utilizzava un modulo solare in perovskite per caricare una batteria agli ioni di litio.

Questi risultati rappresentano un passo cruciale verso celle e moduli solari a base di perovskite efficienti e stabili che potrebbero, un giorno, essere utilizzato al di fuori del laboratorio. "Il nostro prossimo passo è realizzare un modulo solare di 15 x 15 cm ² e ha un'efficienza superiore al 15 percento, " ha detto il dottor Tong. "Un giorno spero che potremo alimentare un edificio all'OIST con i nostri moduli solari".