Passare a energia rinnovabile come l'energia solare è cruciale nella lotta contro il cambiamento climatico. Tuttavia, mentre la tecnologia solare ha fatto passi da gigante sin dal suo inizio, ha ancora bisogno di nuove tecnologie per diventare una valida alternativa ai combustibili fossili. In questo scenario, le perovskiti, l'ultima invenzione nel settore delle energie rinnovabili, potrebbero cambiare le regole dello sviluppo dell'energia solare efficiente.
I pannelli solari tradizionali sono realizzati utilizzando silicio cristallino (c-Si) o tecnologie solari a film sottile, che hanno un'efficienza limitata. Tuttavia, le perovskiti sono strutture cristalline leggere e flessibili che potrebbero essere facilmente depositate su qualsiasi superficie, flessibile o strutturata. Grazie a questo, potrebbero portare alla creazione di più sottili e leggeri pannelli solari, in grado di funzionare a temperatura ambiente e generare più elettricità dal sole a un costo inferiore rispetto alle celle solari al silicio.
Sebbene nessuna applicazione delle perovskiti sia stata ancora commercializzata, sono oggetto di continue ricerche e investimenti. Con molte aziende che cercano di sfruttare il loro potenziale, ora è un ottimo momento per conoscere le celle solari di perovskite, la loro tecnologia e come si differenziano dalle celle solari tradizionali.
Sommario
Cos'è una perovskite?
Come vengono prodotte le celle solari in perovskite?
I diversi tipi di celle solari perovskite
Celle solari in perovskite vs. celle solari in silicio cristallino
Conclusione
Cos'è una perovskite?
A differenza del cristallino silicio, le perovskiti sono una famiglia di materiali con una struttura cristallina unica simile al minerale con lo stesso nome scoperto per la prima volta in Russia nel 1839. Tuttavia, è stato solo nel 2006 che le perovskiti sono state studiate per la prima volta come materiali assorbiti, con i risultati di la ricerca pubblicata tre anni dopo, nel 2009.
Esistono diverse varietà di perovskiti. La prima perovskite scoperta era composta da ossido di calcio e titanio. Successivamente furono scoperti molti tipi di perovskite, compresi quelli contenenti triioduro di piombo metilammonio. Tuttavia, le perovskiti più vantaggiose per l'industria solare sono quelle cristalli costituito da molecole organiche e inorganiche legate ad atomi di stagno o piombo.
Le perovskiti sono le più promettenti delle 3rd ELETTRICA fotovoltaico (FV), rendendoli un punto di svolta nel settore solare. Negli ultimi cinque anni, l'efficienza di una cella solare di perovskite è aumentata da meno del 4% a oltre 20%. Nei prossimi 15 anni, si prevede che la loro efficienza aumenterà ulteriormente fino a superare 30%. Per questo motivo, si ritiene che le celle solari di perovskite sostituiranno potenzialmente i tradizionali pannelli solari c-Si e la maggior parte del fotovoltaico a film sottile.
Come vengono prodotte le celle solari in perovskite?
In parole semplici, le celle solari di perovskite vengono create attraverso un processo chiamato "chimica umida", in cui materiali come alogenuro di metilammonio, ioduro di piombo metilammonio e altri additivi vengono mescolati in una soluzione. Questa miscela può essere applicata su vetro, ossido di metallo, celle solari al silicio, polimeri flessibili o persino legno trasparente.
La deposizione della soluzione di perovskite sul materiale di base avviene tramite spin-coating, che si basa sullo stesso concetto delle macchine Spin-Art utilizzate dai bambini. La soluzione viene spruzzata o gocciolata sul substrato, con il substrato che viene fatto girare ad alta velocità, consentendo a uno strato sottile della soluzione di diffondersi uniformemente sulla sua superficie. Quando il solvente nella miscela evapora, un film di perovskite viene lasciato sotto forma di sottili strati di cristalli di perovskite che possono essere facilmente cablati in una cella solare.
Tuttavia, esiste più di un unico metodo per la produzione di perovskite celle solari, come l'assistenza del vapore, le deposizioni in due fasi e la deposizione termica da vapore.
I diversi tipi di celle solari perovskite
Nel complesso, tutte le celle solari hanno cose in comune. Questi includono almeno uno strato negativo, uno strato positivo di materiale fotovoltaico e un elettrodo conduttivo anteriore e posteriore. Gli elettrodi trasportano gli elettroni caricati dal sole dallo strato negativo lungo un filo per generare elettricità prima di riportarli allo strato positivo. Inoltre, dopo essere state montate in un modulo solare, tutte le celle solari sono sigillate in uno strato di incapsulamento per proteggerle dai danni causati dagli agenti atmosferici.
Ora, quando si tratta dei diversi tipi di celle solari perovskite, due tipi sono di grande importanza: celle a film sottile e celle tandem. Le celle a film sottile contengono solo perovskite come materiale fotovoltaico, mentre le celle tandem potrebbero avere diversi strati di perovskite o un sottile strato di perovskite sopra uno strato di silicio cristallino.
Esistono anche celle tandem a film sottile. Qui, le cellule contengono rame strati di seleniuro di indio gallio (CIGS) rivestiti con uno strato di perovskite. Le celle tandem a film sottile sono una tecnologia solare già perfetta.
Celle solari in perovskite vs. celle solari in silicio cristallino
Le celle solari in silicio cristallino, considerate una tecnologia matura con processi di produzione di massa ben consolidati, sono state la norma per decenni nell'industria solare. Questi hanno una struttura AI-BSF in cui viene utilizzato c-Si monocristallino o policristallino nello strato assorbente.
Una differenza interessante tra perovskite e c-Si è il loro potenziale di assorbimento della luce. Perovskite cellule può rispondere a un'ampia gamma di colori nello spettro solare, mentre c-Si può assorbire solo luce di lunghezza d'onda uguale o superiore a 1,100 nm. Ciò è dovuto alla struttura delle celle di perovskite, in quanto consente agli elettroni di penetrare in modo efficiente attraverso strati spessi. Di conseguenza, possono convertire una maggiore quantità di luce solare in elettricità, il che contribuisce alla maggiore efficienza delle perovskiti.
La massima efficienza registrata di una cella solare perovskite è 29.15%, rispetto al 25.4% inferiore esibito dalle celle solari c-Si. Considerando che il silicio cristallino Al-BSF è una tecnologia altamente matura, ciò dimostra il promettente potenziale dei pannelli solari in perovskite.
Infine, perovskite celle solari presentano materiale a basso potenziale e costi di lavorazione ridotti. Possono anche essere realizzati in vari colori, consentendo ai consumatori di personalizzare il prodotto in base alle proprie esigenze. Ulteriori caratteristiche delle celle solari di perovskite, come flessibilità, leggerezza e semi-trasparenza, hanno convinto ricercatori e progettisti elettronici che le varie applicazioni delle celle solari di perovskite potrebbero sostituire il c-Si la tecnologia a lungo termine.
Quando le persone possono acquistare celle solari di perovskite? Una conclusione
Ricercatori ed esperti del energia rinnovabile l'industria vede le perovskiti come un materiale promettente per lo sviluppo di celle solari economiche, efficienti e rispettose dell'ambiente. Di conseguenza, molte aziende e organizzazioni stanno attualmente ricercando il potenziale delle celle solari in perovskite, tra cui il National Renewable Energy Laboratory (NREL), Oxford PV, Qcells e altri. Mentre le celle che producono sono celle di prova delle dimensioni di un francobollo, non ancora pronte per la vendita al pubblico, la commercializzazione su larga scala potrebbe non essere lontana.
