Una nuova ricerca collaborativa può creare applicazioni di energia solare più accessibili ed efficienti

Jan 16, 2024

Sapevate che si prevede che l'energia solare rappresenterà più della metà della nuova capacità di generazione di elettricità nel 2023? Con l’avanzamento delle tecnologie e l’esecuzione di ricerche approfondite, l’energia solare sta diventando sempre più accessibile in tutte le applicazioni.

Nell'ambito di una nuova ricerca innovativa, l'illustre professore Jinsong Huang del dipartimento di scienze fisiche applicate sta facendo passi da gigante per migliorare l'efficienza dell'energia solare.

Le celle solari in perovskite sono recentemente diventate una delle strade più promettenti nel futuro dell’energia solare. Queste celle uniche hanno una struttura chiamata pin, che converte la luce solare in elettricità utilizzabile generando una corrente elettrica. Tuttavia, i materiali utilizzati per interfacciarsi con lo strato inferiore delle celle solari possono ridurre l’efficienza, la stabilità e le prestazioni complessive della cella solare.

Jinsong Huang (in piedi); primo autore, Chengbin Fei (seduto)

Pubblicata su Science, la ricerca di Huang e del suo team lavora per porre rimedio a questo problema. Come soluzione, il team ha aggiunto molecole chiamate molecole di chelazione del piombo (LCM) nello strato di trasporto dei fori (HTL) che interagiscono fortemente con il piombo nelle perovskiti. Secondo Huang, questa interazione ha migliorato le prestazioni delle celle solari aumentandone la stabilità e riducendo i difetti. È interessante notare che aggiunge che le molecole di chelazione del piombo vengono utilizzate anche per i farmaci per trattare la tossicità del sangue, dimostrando ampi benefici in tutte le discipline scientifiche.

Il team ha poi lavorato per stabilizzare l’interfaccia tra gli strati HTL e perovskite. Stabilire connessioni migliori in questa interfaccia significa che gli strati cellulari hanno meno probabilità di avere punti deboli o difetti in modo che la cella solare possa funzionare con maggiore stabilità. È importante sottolineare che questo miglioramento consente alla cella solare di funzionare in modo più efficiente, convertendo più luce solare in elettricità utilizzabile.

Nello specifico, il team ha fabbricato "minimoduli" di perovskite per esaminare l'uniformità della modifica all'HTL. I minimoduli con area di apertura di 26,9 centimetri quadrati hanno un'efficienza di conversione di potenza del 21,8% (stabilizzata al 21,1%) certificata da NREL. Ciò corrisponde ad un'efficienza minima delle celle piccole del 24,6% (stabilizzata al 24,1%) su tutta l'area del modulo, dimostrando un'ottima uniformità. È importante sottolineare che il dispositivo ha superato il test del calore umido, dimostrando la sua capacità di resistere alle alte temperature e all'umidità. Le celle di piccola area e i minimoduli di grande area con LCM nell'HTL avevano una stabilità di assorbimento della luce di 3010 e 2130 ore, rispettivamente, con una perdita di efficienza del 10% rispetto al valore iniziale con illuminazione di 1 sole in condizioni di tensione a circuito aperto.

La ricerca di Huang potrebbe avere un impatto importante sulle applicazioni dell'energia sostenibile e rinnovabile poiché gli scienziati cercano continuamente di affrontare al meglio le esigenze energetiche del nostro mondo. Comprendendo meglio come rendere i moduli solari in perovskite più efficienti, stabili ed economici, gli scienziati potrebbero essere in grado di sfruttare l’energia solare per l’implementazione su scala più ampia.