Perché le nuove perovskiti potrebbero rivoluzionare l’energia solare?

Una nuova ricerca dell’Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong ha individuato concavità nella microstruttura delle perovskiti alogenate. Eliminandole, la stabilità dei film di perovskite migliora notevolmente, promettendo una rivoluzione nelle celle solari. Le perovskiti alogenate potrebbero essere la chiave per una rivoluzione nel campo dell’energia solare. Questi materiali, capaci di superare le prestazioni delle celle solari al silicio, hanno però un tallone d’Achille: la stabilità.

Un nuovo studio dell’Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong ha svelato un segreto nascosto nelle loro microstrutture che potrebbe cambiare tutto. Lo studio ha individuato concavità nella microstruttura cristallina dei film di perovskite. Queste concavità, quando eliminate, aumentano notevolmente la stabilità dei film, aprendo la strada a celle solari più durature e efficienti.

Le perovskiti alogenate, pur non essendo ancora note al grande pubblico, hanno il potenziale di rivoluzionare la produzione di energia rinnovabile a livello globale. Derivano il loro nome dal mineralogista russo del XIX secolo Lev Perovski e promettono significativi miglioramenti rispetto alle celle solari al silicio utilizzate attualmente, sia per la produzione di energia terrestre che per l’alimentazione di satelliti nello spazio.

Problemi di Decomposizione delle Perovskiti

Secondo l’Ufficio dell’Efficienza Energetica e delle Energie Rinnovabili degli Stati Uniti (EERE), le perovskiti possono decomporre a contatto con umidità, ossigeno o durante esposizioni prolungate a luce, calore o tensione applicata. Questi fattori limitano il loro utilizzo commerciale e impongono la necessità di migliorare la loro affidabilità.

La ricerca condotta dall’Università di Hong Kong, pubblicata recentemente sulla rivista Nature Energy, ha rivelato i motivi della degradazione dei film di perovskite. Il team di scienziati, guidato da Yuanyuan Zhou, ha identificato una struttura nascosta di concavità sulla superficie dei grani cristallini individuali. Eliminando queste concavità, i ricercatori hanno creato film di perovskite con una stabilità significativamente migliorata rispetto ai precedenti.

Nuovo Materiale Fotovoltaico: Efficienza e Flessibilità

Scienziati dell’Università di Oxford hanno sviluppato una tecnologia rivoluzionaria che potrebbe trasformare il modo in cui generiamo energia solare, riducendo potenzialmente la necessità di grandi impianti fotovoltaici. Il team del Dipartimento di Fisica dell’Università di Oxford ha creato un materiale fotovoltaico ultrasottile e flessibile che può essere applicato su quasi qualsiasi superficie. Questa innovazione potrebbe consentire di generare elettricità solare da oggetti di uso quotidiano come zaini, automobili e persino telefoni cellulari.

Il Dr. Shuaifeng Hu, ricercatore post-dottorato presso l’Università di Oxford, ha dichiarato: “In soli cinque anni di sperimentazione con il nostro approccio a giunzione multipla, abbiamo aumentato l’efficienza di conversione energetica dal 6% a oltre il 27%, avvicinandoci ai limiti di ciò che i fotovoltaici a singolo strato possono raggiungere oggi.” Questa efficienza del 27% è stata certificata in modo indipendente dall’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia Industriale Avanzata (AIST) del Giappone, eguagliando le prestazioni dei tradizionali materiali fotovoltaici al silicio.

Il Dr. Junke Wang, ricercatore post-dottorato Marie Skłodowska Curie presso l’Università di Oxford, ha sottolineato: “Utilizzando nuovi materiali che possono essere applicati come rivestimento, abbiamo dimostrato di poter replicare e superare le prestazioni del silicio, guadagnando anche in flessibilità.” Con uno spessore di poco più di un micron, il nuovo materiale è circa 150 volte più sottile di un wafer di silicio, permettendo applicazioni su una vasta gamma di superfici.

La Perovskite: Una Soluzione per l’Espansione dell’Energia Solare

Uno dei maggiori ostacoli all’espansione dell’accesso all’energia solare è rappresentato dall’ingombro dei pannelli solari, oltre ai costi di produzione e installazione, ma gli scienziati del dipartimento di fisica dell’Università di Oxford potrebbero aver trovato una soluzione. I ricercatori hanno creato una pellicola ultra sottile e flessibile sovrapponendo strati di perovskite che sono in grado di assorbire la luce e sono spessi poco più di un micron. I nuovi materiali sono anche 150 volte più sottili di un wafer di silicio tradizionale e possono produrre il 5 percento in più di efficienza energetica rispetto al tradizionale fotovoltaico in silicio monostrato.

I ricercatori credono che questo approccio possa raggiungere efficienze molto maggiori, superiori al 45 percento per i dispositivi fotovoltaici e un giorno questo materiale ultrasottile potrebbe essere utilizzato su tetti, automobili e persino su oggetti di uso quotidiano.

Questo nuovo approccio alla tecnologia dell’energia solare potrebbe anche ridurre il costo dell’energia solare, tuttavia è ancora in fase di ricerca e l’università non menziona la stabilità a lungo termine dei pannelli di perovskite di nuova concezione. Uno studio del 2016 pubblicato sulla rivista scientifica Solar Energy Materials and Solar Cells ha anche notato che la perovskite può fornire energia efficiente e a basso costo, ma con scarsa stabilità a causa della sua sensibilità all’umidità.

Secondo il Global Change Data Lab, il costo della tecnologia solare fotovoltaica è sceso del 90 percento negli ultimi 10 anni, inoltre nuove fattorie di energia solare stanno spuntando in tutto il mondo.

Bullet Executive Summary

In conclusione, la scoperta delle concavità nella microstruttura delle perovskiti alogenate e la loro eliminazione rappresentano un passo avanti significativo nella stabilità e nell’efficienza delle celle solari. Questo progresso, combinato con lo sviluppo di materiali fotovoltaici ultrasottili e flessibili da parte dell’Università di Oxford, potrebbe rivoluzionare il settore dell’energia solare, rendendo possibile l’applicazione di rivestimenti solari su una vasta gamma di superfici, dai tetti delle automobili ai telefoni cellulari.

Nozione base di tecnologia: Le celle solari tradizionali utilizzano il silicio per convertire la luce solare in elettricità. Le perovskiti, invece, sono materiali cristallini che possono essere applicati come rivestimenti ultrasottili, offrendo potenzialmente maggiore efficienza e flessibilità.

Nozione avanzata di tecnologia: La stabilità delle perovskiti è stata a lungo un problema, ma la recente scoperta delle concavità nella loro microstruttura e la loro eliminazione potrebbero migliorare significativamente la durata di questi materiali. Questo progresso potrebbe aprire la strada a nuove applicazioni e a una maggiore diffusione dell’energia solare.

La tecnologia delle perovskiti rappresenta una svolta promettente, ma è essenziale continuare a investire nella ricerca per superare le sfide legate alla loro stabilità. Solo così potremo sfruttare appieno il potenziale di questa innovazione e contribuire a un futuro più sostenibile.