Fonte: saudigazette.com.sa
Poiché la sostenibilità globale e i megatrend di energia pulita influenzano il modo in cui affrontiamo le strategie energetiche verso un futuro più verde per il pianeta, le tecnologie rinnovabili come l'eolico e il solare sono le principali aree di interesse per la ricerca. Nello spazio della tecnologia solare, il campo emergente delle celle solari in perovskite (PSC) ha guadagnato popolarità nell'ultimo decennio e mezzo.
Tuttavia, in un campo dominato dalle celle solari al silicio, la tecnologia relativamente nuova delle celle solari in perovskite deve oltre a offrire elevate efficienze di conversione di potenza (PCE) soddisfare anche altri due requisiti cruciali per essere commercializzata con successo: stabilità e scalabilità.
In un articolo di Science pubblicato di recente intitolato "Celle solari di perovskite umidi e stabili al calore con eterogiunzioni 2D / 3D a dimensionalità su misura", i ricercatori KAUST hanno riportato una pietra miliare significativa attraverso il primo test fotovoltaico (PV) di calore umido di successo dei PSC.
Il test umido-calore è un test di invecchiamento ambientale accelerato e rigoroso volto a determinare la capacità dei pannelli solari di resistere a un'esposizione prolungata a un'elevata penetrazione di umidità e temperature elevate.
Il test viene eseguito per 1.000 ore in un ambiente controllato con l'85% di umidità e 85 gradi Celsius. Ha lo scopo di replicare più anni di esposizione all'aperto e valutare fattori come la corrosione e la delaminazione.
La durezza del test è in linea con i requisiti di commercializzazione della tecnologia fotovoltaica (PV) che deve coprire da 25 a 30 anni di garanzia per i moduli convenzionali in silicio cristallino. Per superare il test, la cella solare deve mantenere il 95% delle sue prestazioni iniziali.
Guidati dal primo autore Randi Azmi, un borsista post-dottorato nel kaust Photovoltaics Laboratory di Stefaan De Wolf, la loro ricerca ha dovuto superare una debolezza duratura nei PSC incapsulati per prevenire perdite di imballaggio.
Questa vulnerabilità delle pellicole di perovskite 3D è ciò che consente l'infiltrazione indesiderata di agenti atmosferici e offre una limitata resilienza contro il calore. La soluzione trovata dai ricercatori KAUST è l'ingegneria e l'introduzione di strati di passivazione 2D-perovskite per migliorare contemporaneamente l'efficienza di conversione di potenza e gli PSC a vita.
La stabilità è essenziale perché le perovskiti sono sensibili. Impiegate attraverso un processo di rivestimento a film sottile, sono fondamentalmente un sale, quindi le celle solari in perovskite sono fortemente influenzate dalla presenza di umidità.
La specificità delle perovskiti è che si tratta di una tecnologia a film sottile. Come nel caso delle celle solari convenzionali, sono ancora necessari due contatti realizzati con tipi specifici di materiali. Uno raccoglierà elettroni e la funzione dell'altro è quella di raccogliere "buchi" caricati positivamente – che rappresentano l'assenza di elettroni.
Ma, a differenza dei wafer di silicio, le perovskiti possono essere rivestite direttamente su un substrato di vetro, utilizzando una soluzione precursore. La soluzione è realizzata con un solvente che viene cristallizzato allo stato solido.
Uno dei vantaggi significativi è che i materiali precursori possono essere realizzati senza la necessità di strutture costose e ambienti ad alta intensità energetica di oltre 1.000 gradi, il che è tipico per i semiconduttori più tradizionali come il silicio.
"È un modo molto semplice per realizzare celle solari. Inoltre, mentre le proprietà optoelettroniche non sono uniche, sono eccellenti. Sono alla pari con i semiconduttori tradizionali di altissima qualità. Questo è abbastanza notevole", ha spiegato il professor De Wolf.
Alterando la composizione, è anche possibile regolare la sensibilità spettrale attraverso lo spettro della luce solare dai raggi UV fino all'infrarosso. Questo è abbastanza interessante per applicazioni specifiche.
La sfida rimanente, dopo le prestazioni e la stabilità, è il ridimensionamento. La maggior parte delle applicazioni di celle solari si concentra su settori su scala industriale e pannelli sul tetto. Mentre quest'ultimo non è prominente in Arabia Saudita, i grandi progetti perseguiti nel Regno includono grandi campi fotovoltaici nel deserto.
"Il mercato è a base di silicio e lo sarà almeno per i prossimi 20 anni", ha detto De Wolf.
Quindi il KAUST Photovoltaics Lab si concentra principalmente sul miglioramento delle prestazioni delle celle solari in perovskite per far progredire soluzioni "tandem" più efficienti che abbinano silicio tradizionale e perovskiti, dove i risultati attuali aiuteranno molto ad aumentare l'affidabilità di tali celle solari tandem perovskite / silicio.
