Cella solare perovskite a base di piombo

Le celle solari perovskite sono potenzialmente più economiche e più semplici da produrre rispetto alle tradizionali celle solari a base di silicio. Una delle maggiori sfide è l'uso del piombo.

I ricercatori della Northern Illinois University e del National Energy Renewable Energy Laboratory (DOEL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti a Golden, Colorado, hanno divulgato sulla rivista Nature (1) un potenziale passo avanti nello sviluppo di celle solari ibride di perovskite.

Considerate stelle nascenti nel campo dell'energia solare, le celle solari perovskite (2) convertono la luce in elettricità. Sono potenzialmente più economiche e più semplici da produrre rispetto alle tradizionali celle solari a base di silicio e, almeno su piccola scala in ambienti di laboratorio, hanno dimostrato livelli di efficienza comparabili.

Una delle maggiori sfide è l'uso del piombo. La maggior parte delle celle solari ibride perovskite ad alte prestazioni contengono piombo dissolvibile in acqua, sollevando preoccupazioni circa la potenziale perdita dalle celle danneggiate.

Un team di scienziati, guidato dal dottor Tao Xu (3) della Northern Illinois University (NIU) e dal dottor Kai Zhu (4) del National Renewable Energy Laboratory (NREL), ha sviluppato una tecnica per catturare il piombo, utilizzato per produrre celle solari di perovskite e ridurre al minimo le potenziali perdite tossiche, applicando pellicole assorbenti sulla parte anteriore e posteriore della cella solare.

Gli scienziati sostengono che, in condizioni di gravi danni alle celle solari in un ambiente di laboratorio, le pellicole assorbenti hanno trattenuto il 96% della perdita di piombo. I loro esperimenti indicano inoltre che gli strati che assorbono il piombo non influiscono negativamente sulle prestazioni delle celle o sulla stabilità operativa a lungo termine.

Le celle solari di perovskite sono così chiamate perché usano una classe di strutture cristalline simili a quelle presenti nel minerale noto come perovskite. Il composto strutturato in perovskite, all'interno di queste celle solari, è più comunemente un materiale ibrido a base di alogenuro organico-inorganico.

Gli scienziati hanno iniziato a studiare queste strutture cristalline per l'uso nelle celle solari solo circa un decennio fa e hanno aumentato rapidamente la loro efficienza di conversione dell'energia solare. Mentre le tradizionali celle solari al silicio sono prodotte con processi precisi utilizzando temperature elevate, le perovskiti possono essere realizzate utilizzando soluzioni chimiche a temperatura ambiente.

Un film (pellicola) trasparente, che assorbe il piombo, viene applicato a un vetro conduttore sulla parte anteriore della cella solare. Il film assorbente contiene forti gruppi di Acido fosforoso che legano il piombo, ma non ostacola la cattura cellulare della luce. Sull'elettrodo metallico posteriore viene utilizzato un film polimerico meno costoso miscelato con agenti chelanti al piombo, che non necessita di trasparenza.

I test per la perdita di piombo includevano il martellamento e la frantumazione del vetro frontale delle celle da 2,5 x 2,5 cm e il graffio della parte posteriore delle celle solari con una lama di rasoio, prima di immergerle nell'acqua. I film possono assorbire la stragrande maggioranza del piombo in cellule gravemente danneggiate a causa dell'ingresso di acqua.

Gli scienziati hanno richiesto un brevetto per i loro film che assorbono il piombo. Altri autori dello studio di ricerca includono: lo studente laureato NIU Xun Li; Haiying He dell'Università di Valparaiso; Fei Zhang e Joseph Berry del NREL.

La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation e dall'Ufficio delle tecnologie per l'energia solare del DOE. L'Ufficio delle tecnologie per l'energia solare fornisce assistenza finanziaria per l'ulteriore sviluppo dei film di sequestro di piombo per celle solari ibride di perovskite.

Riferimenti:

(1) On-device lead sequestration for perovskite solar cells

(2) Perovskite Solar Cells

(3) Tao Xu

(4) Kai Zhu

Descrizione foto: due campioni di celle solari da laboratorio, uno (a destra) con un film protettivo che assorbe il piombo applicato sul retro. I ricercatori delle celle solari NIU Xun Li (a sinistra), uno studente laureato in chimica e biochimica, e Tao Xu, professore di chimica e biochimica. - Credit: Northern Illinois University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Scientists develop safer lead-based perovskite solar cell