Il team di NTU trova un nuovo modo per rendere le cellule di perovskite più ecologiche

Una ricerca condotta da scienziati della Nanyang Technological University di Singapore (NTU Singapore) ha annunciato i risultati dell’utilizzo di metalli non tossici con un nuovo approccio per fabbricare lo strato di copertura delle celle solari in perovskite, rendendo le celle più rispettose dell’ambiente pur mantenendo un’elevata efficienza di conversione.

Da quando la prima cella solare a base di perovskite è stata pubblicata nel 2009, gli scienziati hanno cercato di individuare nuovi materiali e tecniche di produzione per migliorare l’efficienza e la stabilità delle celle di perovskite.

Un’altra causa che ostacola la commercializzazione è l'impatto ambientale degli elementi tossici nelle cellule. Le perovskiti possono decomporsi quando reagiscono con l'umidità e l'ossigeno, esposte alla luce e al calore o utilizzate per un periodo prolungato. Quando la cella viene danneggiata o scartata, il piombo tossico del metallo pesante presente nel materiale di perovskite e nello strato di copertura (rivestito sullo strato di perovskite per proteggere la cella dagli stress ambientali e per aumentarne le prestazioni) può minacciare l'ambiente.

Gli scienziati della NTU Singapore hanno scoperto che un composto a base di zinco PEA2ZnX4 sintetizzato utilizzando un nuovo approccio chiamato metodo del precursore completo (FP) può creare uno strato di copertura senza piombo per la cellula di perovskite.

Quando viene applicato il tradizionale metodo del mezzo precursore (HP), è necessario attirare gli ioni di piombo dallo strato di perovskite sottostante per formare lo strato di copertura protettivo. Tuttavia, con il metodo FP, le sostanze chimiche presenti nella soluzione del composto possono reagire tra loro direttamente sulla superficie dello strato di perovskite, risultando più efficaci.

Utilizzando il metodo FP, gli scienziati hanno creato un prototipo di cella di perovskite da 1 pollice per 1 pollice ricoperta con il composto a base di zinco. Dopo essere stati esaminati con la microscopia elettronica e la spettroscopia, hanno scoperto che lo strato di copertura a base di zinco non ha influenzato le proprietà elettriche dello strato di perovskite sottostante, contribuendo al contempo a coprire i difetti sulla superficie dello strato di perovskite e a migliorare le sue capacità di raccolta della luce. Negli esperimenti con la luce solare simulata, la cella prototipo potrebbe convertire il 24,1% della luce in elettricità, vicino al record più alto raggiunto fino ad oggi dalle celle solari alla perovskite.

Gli scienziati affermano inoltre che il nuovo metodo contribuisce agli sforzi volti a rendere lo strato di perovskite più rispettoso dell'ambiente, stabile ed efficiente poiché non richiede l'estrazione di ioni di piombo dallo strato di perovskite per realizzare il tradizionale strato di copertura a base di piombo, il che apre nuove opportunità per l'applicazione di altri materiali per riformare sia lo strato di perovskite che quello di copertura ottimizza quindi le prestazioni complessive della cella.

Alla ricerca ha partecipato anche l’Istituto di ricerca e ingegneria dei materiali (IMRE) presso l’Agenzia per la scienza, la tecnologia e la ricerca (A*STAR) di Singapore.

I dettagli dello studio possono essere trovati su Nature Energy nel febbraio 2023. Gli scienziati stanno lavorando per ampliare il metodo per fabbricare cellule a grandezza naturale.

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