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Azoto nelle celle a perovskite: la scoperta italiana aumenta efficienza e durata dei pannelli FV

Dai CNR di Catania e Lecce l’interessante scoperta dei vantaggi ottenibili dall’unione dell’azoto alle celle FV in perovskite

Fotovoltaico con migliori performance e moduli con vita media aumentata: il futuro degli impianti solari potrebbe dipendere dall’innovativo inserimento di azoto nelle celle composte di perovskite.
 
L’Istituto di microelettronica e microsistemi del Consiglio nazionale delle ricerche di Catania (Cnr-Imm) ha studiato, in collaborazione con l’Istituto di nanotecnologia del Cnr di Lecce (Cnr–Nanotec), un’interessante innovazione per il campo del fotovoltaico ibrido a Perovskite, la quale è stata pubblicata sulla rivista Advanced Energy Materials. L’idea alla base della nuova scoperta consiste nell’unione dell’azoto, molecola naturale ampiamente presente sul pianeta, alle strutture di perovskite che costituiscono le celle fotovoltaiche, così da stabilizzare la struttura della materiale e allungare la vita utile del pannello.
 
Alessandra Alberti, coordinatrice del team del Cnr-Imm, parlando delle perovskiti ibride ha riferito: “L’effetto dirompente della tecnologia che utilizza tale materiale ibrido (organico-inorganico), ideata nel 2009 dal professore Tsutomu Miyasaka in Giappone presso l’Università di Yokohama, si evince dalla rapida crescita dell’efficienza di conversione di energia ottenuta grazie ad essa, pari al +9% negli ultimi 8 anni di attività di ricerca. Il record attuale di efficienza certificata, nel palinsesto mondiale, ha raggiunto il 23,7%”.
 
“La prospettiva di una distribuzione capillare di celle solari a Perovskite ad alta efficienza – grazie alle alte performances di conversione fotone-elettrone - a basso peso, flessibili e colorate sta alimentando grandi aspettative ed investimenti nel settore pre-industriale per il lancio di forme di energia immediatamente disponibili, trasportabili ed a basso costo. Grande impatto è inoltre previsto nel settore dell’Integrated Building Photovoltaics per il ricoprimento di superfici estese di edifici. A fronte di una tale rivoluzione, le celle solari a Perovskite hanno per il momento una bassa vita media, se confrontate alla tecnologia consolidata delle celle in silicio, a causa della instabilità nel tempo dell’architettura reticolare del materiale foto-assorbente. La mancata stabilità delle prestazioni nel tempo rappresenta, pertanto, il primo limite per una rapida e diffusa affermazione di mercato”.
 
In questo frangente in particolare entra in campo la nuova scoperta dei ricercatori Cnr, i quali hanno individuato come le tecniche avanzate di diagnostica ad ampio spettro possano “finalizzare l’introduzione controllata di molecole di azoto dentro la Perovskite allo scopo di occupare i cosiddetti siti di degrado per stabilizzare l’architettura atomica del materiale”.
La ricercatrice ha poi specificato che “oltre al potere stabilizzante esercitato da forze elettrostatiche in condizioni di funzionamento della cella solare, l’azoto ha anche la capacità di mitigare l’insorgenza di nuovi difetti reticolari, ovvero di imperfezioni nella ‘periodicità’ dell’architettura atomica che causano una riduzione del potere di cattura dei fotoni e una lenta trasformazione del materiale a discapito della vita media delle celle”.
 
L’unione dell’azoto alla perovskite quindi consente di ottenere un complessivo aumento delle prestazioni delle celle nelle quali questi materiati sono utilizzati. Gli aspetti più interessanti e rilevanti di questa scoperta sono: la facile applicabilità, il basso costo di realizzazione e la totale atossicità delle componenti e del risultato ottenuto. 
 
“Rispetto ad altre più complesse alternative esistenti nel panorama scientifico ed applicativo, l’infiltrazione di azoto nelle perovskiti consentirebbe inoltre di uniformare discrepanze di rendimento tra materiali prodotti nei diversi laboratori e di aumentare la resa in assorbimento dei fotoni durante il funzionamento sotto irraggiamento solare” ha concluso la Dottoressa Alberti.
 
L’unione dell’azoto alla perovskite comporta quindi vantaggi su due differenti vantaggi, la “stabilizzazione della struttura atomica e l’aumento delle performances dei dispositivi”, il tutto sfruttando le potenzialità molecola esistente in natura, da sperimentare presto nel mercato delle future tecnologie.
 
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