La perovskita supera una prova chiave: 1.000 ore di calore e umidità con solo un 5% di perdita

Le celle solari a perovskita hanno molti vantaggi per farsi un posto nell’energia fotovoltaica: una elevata capacità di convertire la luce in elettricità, possibilità di produzione a basso costo e un design leggero. Tuttavia, c’è una domanda che continua a influenzare il loro futuro: per quanto tempo possono mantenere queste prestazioni una volta uscite dal laboratorio e messe di fronte al calore e all’umidità.

I ricercatori dell’Istituto di Ricerca Energetica della Corea del Sud, KIER, in collaborazione con l’università UNIST, hanno presentato un progresso proprio mirato a questo punto debole. La loro proposta modifica il processo di produzione per eliminare componenti che inizialmente favoriscono il funzionamento della cella, ma che in seguito possono accelerarne il deterioramento.

I risultati mostrano che le celle mantengono il 95% della loro efficienza iniziale dopo 1.000 ore a 85 °C e con un’umidità relativa del 85%. Lo studio, pubblicato su Advanced Science, specifica che il test è stato effettuato con dispositivi incapsulati, ovvero dotati di protezione contro l’ambiente esterno. Si tratta di un dato importante per interpretare correttamente l’ambito del test. Wiley Online Library

Quel 95% non significa nemmeno che convertano in elettricità quasi tutta la luce ricevuta; indica piuttosto quanto rendimento mantengono rispetto all’inizio del test. L’efficienza di conversione massima ottenuta con il nuovo processo è stata del 25,24%, rispetto al 25,21% delle celle di riferimento prodotte con il metodo convenzionale che utilizza additivi. La differenza è minima: ciò che conta è migliorare la resistenza senza rinunciare all’efficienza.

Eliminare il litio residuo per ridurre la degradazione

La ricerca si concentra sulla cosiddetta strato di trasporto dei buchi, una delle componenti che permettono di estrarre le cariche elettriche generate quando la luce colpisce la cella. In alcune architetture a base di perovskita, questo strato utilizza sali di litio e additivi per migliorarne le proprietà elettriche. Il problema è che alcuni di questi ingredienti contribuiscono anche a ridurne la stabilità.

Quando aumentano la temperatura e l’umidità, gli additivi possono evaporarsi e lasciare piccole cavità nella pellicola. Questi difetti compromettono il contatto tra le varie layer e favoriscono la perdita delle prestazioni. Inoltre, gli ioni di litio possono spostarsi all’interno del dispositivo causando ulteriori danni. Ciò che inizialmente aiuta a ottenere un buon risultato finisce per trasformarsi in un problema di durata.

La soluzione proposta dal team consiste nell’approfittare delle reazioni necessarie durante la preparazione della miscela e successivamente nell’eliminare i componenti che potrebbero rivelarsi dannosi. A tal fine viene utilizzato l’ossido di nichel, NiOx, che agisce come catalizzatore e permette di catturare gli ioni di litio presenti nella soluzione con cui viene realizzata quella layer.

Dopo che la reazione è completata, il miscuglio viene sottoposto a un processo di filtraggio. Le particelle di ossido di nichel vengono trattenute insieme agli ioni di litio ad essi legati. In questo modo il catalizzatore svolge la sua funzione durante la preparazione, ma viene rimosso prima che si formi lo strato finale. Il metodo permette inoltre di evitare l’uso dell’additivo tBP utilizzato nelle formulazioni convenzionali.

L’idea è interessante perché affronta l’origine di una parte della degradazione. Oltre a proteggere la cella dall’esterno attraverso l’incapsulamento, mira a rendere più stabile la sua stessa composizione. I risultati mostrano che è possibile eliminare tali ingredienti senza sacrificare la capacità di convertire la luce solare in elettricità.

Per i ricercatori, questo progresso potrebbe rivelarsi utile anche nelle celle solari in tandem, che sovrappongono materiali in grado di sfruttare diverse parti dello spettro solare. La perovskita offre opportunità in queste configurazioni, ma aumentare la produzione di elettricità ha poco valore commerciale se questo vantaggio scompare troppo presto a causa della degradazione.

Certo, superare un test di calore e umidità non equivale a dimostrare decenni di funzionamento su un tetto. Le 1.000 ore rappresentano una prova di resistenza in condizioni specifiche, e non possono essere trasformate direttamente in anni di vita utile. Bisogna ancora verificare come questo processo possa essere applicato a moduli di maggiore superficie e a una produzione industriale competitiva.

I risultati indicano un miglioramento di cui la perovskita ha bisogno tanto quanto dei record di efficienza: mantenere le proprie prestazioni. Per chi installa pannelli solari, il rendimento del primo giorno è importante; l’elettricità che continueranno a produrre molti anni dopo lo è ancora di più.

Fonte | Advanced