Rendere la perovskite più resistente grazie al neodimio

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perovskite ancora più efficiente e resistente
Credits: Yang Lab/UCLA

Un nuovo studio dell’UCLA ha individuato un metodo per rendere più resistente la perovskite delle celle solari attraverso l’utilizzo di neodimio

Rendere la perovskite più resistente alla luce e al calore, aumentando al contempo l’efficienza di conversione: questa la finalità dello studio internazionale guidato da un team di ricerca dell’Università della California e pubblicato su Natura Materials.

Il team di scienziati che ha lavorato all’esperimento era concentrato nella ricerca di modi per abbassare i costi di produzione del settore fotovoltaico e rendere sempre più accessibile l’energia prodotta dal sole: in particolare gli studiosi si sono concentrati sulle perovskiti ad alogenuri, una classe di materiali caratterizzati dal fatto che è molto facile sintetizzarli, costano decisamente meno del silicio e – aspetto che li rende i candidati perfetti allo scopo – hanno buone proprietà optoelettroniche.

Proprio la sensibilità ai raggi del sole è però croce e delizia dell’applicazione di questo materiale nelle celle solari visto che le rende facilmente degradabili.

Rendere la  perovskite più resistente con pochi atomi di neodimio

L’applicazione di perovskite ad alogenuri è molto efficiente nel fotovoltaico per la sua caratteristica peculiare di trasformare la luce in elettricità grazie alla maniera in cui le molecole si dispongono in griglie ripetute formate da cubi. La struttura così composta si tiene insieme grazie ai legami tra ioni con cariche opposte ma la luce e il calore sono in grado di spezzarli, liberando gli ioni con carica negativa. Questi ultimi possono danneggiare l’architettura del cristallo e, con passare del tempo, intaccare le proprietà fotovoltaiche della materia. 

Come sfruttare gli aspetti positivi della sostanza e risolvere i gap di sensibilità? È quello che si è chiesto il team dell’UCLA, alla ricerca di un modo per creare pannelli solari con celle in perovskite più resistente di quella tradizionale. La soluzione è stata aggiungere alla struttura molecolare della sostanza alcuni atomi carichi di neodimio, un metallo ampiamente diffuso e utilizzato soprattutto per microfoni, casse, amplificazione e laser.

L’introduzione di ioni di neodimio si è rivelata efficace a rendere la perovskite più resistente perché questi hanno dimensioni tali da potersi “infilare” nei cubi di molecole, portando con sé ioni carichi positivamente che aiutano a “bloccare” gli ioni negativi.

L’esperimento ha introdotto appena 8 ioni di neodimio per ogni 10.000 molecole di perovskite e, con un’esposizione alla luce di più di 1.000 ore e lavorando alla massima potenza, le celle testate sono state in grado di mantenere il 93% della loro efficienza. Per stressare maggiormente il materiale c’è stata poi una ulteriore fase che ha visto il riscaldamento della perovskite fino a circa 82°: anche in questo caso, l’efficacia è rimasta dell’86% dopo più di 2.000 ore.

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