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05:39 23 Ottobre 2019

Gli scienziati hanno migliorato la stabilità e l’efficacia dei componenti delle celle solari

© Foto : fornita da MISiS
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Gli scienziati dell’Università nazionale di ricerca tecnologica (NITU) "MISiS" insieme ai colleghi dell’Istituto di fisica chimica ed elettrochimica A.N. Frumkin dell’Accademia russa delle scienze e dell’Università di Tor Vergata (Italia) hanno collaborato sul progetto.

Gli scienziati sono riusciti a ottenere una notevole stabilità ed efficacia dei componenti a perovskite – fondamenti molto innovativi delle celle solari – grazie a uno strato di ioduro rameoso.

I materiali in perovskite sono una classe recente di semiconduttori per optoelettronica e sono ritenuti un’alternativa efficace al silicio per la produzione di celle solari. Gli scienziati hanno deciso di correggere il loro principale difetto, l’instabilità. In questa operazione ha giocato un ruolo chiave la molecola di metilammina-piombo-iodio-3 (MAPbI₃).

Lo strato fotoattivo di MAPbI₃ si cristallizza sulla superficie dello strato di trasmissione, che passa cariche positive (nel caso nostro l’ossido di nichel, NiO). È risaputo che con illuminazione costante e conseguente riscaldamento degli elementi solari in perovskite con uno strato fotoattivo di MAPbI₃ si ha un rilascio di iodio libero e di acido iodidrico, che rovinano l’interfaccia tra gli strati di perovskite e di NiO, causando anche numerose imperfezioni e abbassando significativamente la stabilità e il rendimento del congegno, ha spiegato il collaboratore scientifico del laboratorio di energia solare avanzata della NITU “MISiS” Danila Saranin.

Per ovviare a questo problema, gli scienziati hanno utilizzato un ulteriore strato di ioduro rameoso, seminconduttore tra la perovskite e il NiO di trasporto a lacune. Questo materiale non è soggetto a una così forte degradazione sotto l’effetto della luce, che è accompagnata dall’emissione di composti di iodio fatti dell’analogo materiale utilizzato in perovskite. Inoltre lo strato aggiuntivo di tipo p ha permesso di migliorare la raccolta delle cariche positive e di diminuire in modo sostanziale la concentrazione di imperfezioni nel passaggio tra gli strati foto-assorbenti e di trasmissione a lacune, ha dichiarato Danila Saranin.

Come spiegato dagli scienziati stessi, quella di stabilizzare l’elemento perovskite di analoga struttura e composizione dello strato fotoattivo, grazie a un ulteriore strato organico, non è un’idea inedita per la scienza. Tuttavia, secondo quanto riferito, le altre squadre di scienziati hanno impiegato materiali costosi e difficili da sintetizzare (derivati di composti metallorganici di ferrocene, semiconduttori organici di poche molecole).

Gli scienziati della NITU “MISiS” insieme ai loro colleghi, invece, sono stati i primi a provare lo ioduro rameoso, materiale inorganico più accessibile e più semplice da utilizzare. Il perfezionamento della struttura dell’elemento di perovskite, secondo le loro osservazioni, ha aumentato la stabilità del suo funzionamento mediamente del 40%, mentre il rendimento ha raggiunto il 15,2%.

Come asserito dagli inventori, lo spessore del componente finito è di meno di 1 micron, cioè decine di volte meno rispetto alle celle fotovoltaiche al silicio.

Gli scienziati hanno poi l’intenzione di creare successivamente uno strato analogo per stabilizzare la trasmissione delle cariche negative e anche per ricalibrare le dimensioni della relativa tecnologia fino alla misura di un modulo a grande formato.

I dati della ricerca sono stati pubblicati da "Materials".

Tags:
Relazioni Italia-Russia, Chimica, Ricerca, scienza
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