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Una rivoluzione nel settore fotovoltaico

I nanocristalli di perovskite sono reputati uno dei materiali più sostenibili per lo sviluppo di celle solari di nuova generazione. Un progetto finanziato dall’UE si è concentrato sulla sintesi di nanocristalli di perovskite inorganici e stabili all’aria per l’applicazione in impianti fotovoltaici ad alte prestazioni.

Energia

All’evolversi delle tecnologie fotovoltaiche si affianca una nuova disponibilità di soluzioni più sostenibili grazie all’impiego di nanomateriali elaborati in modo ecocompatibile durante la costruzione di celle solari nanocristalline. In particolare, il nanocristallo di perovskite a base di alogenuri metallici promette la creazione di materiali fotovoltaici efficienti e fotoluminescenti, date le sue straordinarie proprietà optoelettroniche quale l’elevata resa quantica di luminescenza, che supera il 90 %. Il progetto FASTEST, finanziato dall’UE, ha elaborato un metodo per la sintesi di nanocristalli inorganici di perovskite a fase stabile e ad alto rendimento basato sulla trasformazione a temperatura ambiente in condizioni ambientali. Tale metodo comprende l’ingegnerizzazione tramite antisolvente per permettere la riprecipitazione dei nanocristalli. La realizzazione dei nanocristalli di perovskite consiste nell’iniezione di una soluzione precursore di perovskite nella miscela antisolvente, purificando la soluzione nanocristallina con detergenti, raccogliendo i nanocristalli tramite una centrifuga e formando la perovskite per mezzo dell’impiego di una tecnica di deposito strato su strato. «Questo metodo si prefigge di aumentare la resa della reazione nanocristallina dei nanocristalli di perovskite nella fase desiderabile di perovskite. Ciò si rivela promettente per la produzione semplice e affidabile di nanocristalli di perovskite in condizioni ambientali senza ricorrere al controllo del vuoto e della temperatura», spiega Min Kim, coordinatore del progetto. «Prevediamo che si potrà adottare per altri tipi di nanocristalli di perovskite grazie ad altre combinazioni di metalli (ad esempio: Ge, Sn, Bi, e Ag) per diverse applicazioni optoelettroniche, tra cui diodi a emissione luminosa, fotovoltaico, laser e rilevamento dei fotoni».

Uno sguardo al laboratorio

Una delle maggiori sfide poste dalla produzione di nanocristalli di perovskite è stata la sintesi ad alte prestazioni di soluzioni monodisperse di nanocristalli con proprietà ottiche su misura, nonché la trasformazione di queste soluzioni in pellicole di nanocristalli di alta qualità. Tuttavia, durante la prima fase del progetto, mentre Kim era impegnato a occuparsi di questo aspetto è spuntato un ulteriore problema, ovvero il nanocristallo sintetizzato non era sufficientemente stabile per la produzione di dispositivi. Ciò era riconducibile al fatto che l’antisolvente presente nel solvente di cristallizzazione fosse in grado di rimuovere alcuni ligandi organici che dovevano rimanere attaccati alla superficie in perovskite. «Quindi, ho aggiunto un solvente ausiliario di coordinazione nella miscela del solvente di cristallizzazione, che si è dimostrato più efficiente nel migliorare la resa produttiva. Il solvente di coordinazione costituisce la parte fondamentale di questo lavoro, ma non posso rivelare il nome della sostanza chimica poiché il documento del brevetto è ancora in fase di elaborazione», confessa Kim.

La perovskite in veste di soluzione presente e futura

Il principale vantaggio delle celle solari di perovskite risiede nella produzione a basso costo rispetto ad altri tipi di tecnologie fotovoltaiche. «Mi auguro che la fabbricazione di celle solari a base di nanocristalli di perovskite diventerà maggiormente compatibile con la tecnica di stampa di grande dimensioni, rendendosi così facilmente ampliabile nella produzione e agevolando la commercializzazione di celle solari altamente efficienti su larga scala», afferma Kim. In ogni caso, la ricerca di Kim in questo ambito prosegue. Il ricercatore sta infatti cercando altri materiali di perovskite che non contengono piombo metallico poiché il piombo, in caso di perdite, è pericoloso per il corpo umano e l’ambiente. «Al fine di individuare una combinazione idonea di materiali di perovskite, adotterò la strategia della simulazione a computer, avvalendomi della tecnica di sintesi sviluppata in precedenza», spiega il borsista.

Parole chiave

FASTEST, perovskite, nanocristallo, fotovoltaico, celle solari, materiali, optoelettronico, fotoluminescenza

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