Ilaria Rosella Pagliaro Un team di scienziati ha progettato una cella solare in perovskite ultrasottile, sfruttando un risonatore Gires-Tournois: con un’efficienza teorica del 27%, questa tecnologia promette costi ridotti, sostenibilità migliorata e prestazioni rivoluzionarie
Un team di scienziati dell’Università dell’Accademia Cinese delle Scienze ha sviluppato una cella solare in perovskite ultrasottile, integrando un risonatore Gires-Tournois per rivoluzionare l’assorbimento della luce. Questo approccio potrebbe non solo migliorare l’efficienza energetica, ma anche ridurre i costi e l’impatto ambientale legato ai materiali utilizzati.
Il segreto del design: i risonatori Gires-Tournois
I risonatori Gires-Tournois, dispositivi ottici avanzati progettati per creare onde stazionarie e dispersioni cromatiche, hanno trovato una nuova applicazione nelle celle solari. Spesso impiegati per la compressione degli impulsi ottici, questi strumenti sono stati integrati in una configurazione semplice ma geniale, come spiegato dagli stessi scienziati:
Abbiamo scelto di combinare uno specchio posteriore in argento con una struttura ottica altrettanto semplice. Questo design ottimizza la cattura e l’assorbimento della luce, migliorandone notevolmente l’efficienza complessiva.
Il lavoro del team si è concentrato sulla scelta dei materiali e sulla definizione precisa dello spessore di ciascun strato. Abbiamo condotto una serie di simulazioni per selezionare l’argento come materiale ideale per lo specchio riflettente.
La struttura della cella presenta una stratificazione altamente sofisticata:
- 10 nm di ossido di zinco (ZnO) come strato per il trasporto degli elettroni (ETL),
- 45 nm di strato assorbitore in perovskite,
- 5 nm di ossido di nichel (NiOx) come strato per il trasporto delle lacune (HTL),
- 60 nm di specchio posteriore in argento.
Questa configurazione ha dimostrato un assorbimento medio della luce pari all’85%, con un aumento significativo nella gamma di lunghezze d’onda comprese tra 400 e 800 nm. Questo incremento è reso possibile grazie agli effetti di interferenza tra lo strato in perovskite e il retrostrato in metallo.
Le simulazioni ottiche e i test condotti con il software SCAPS dimostrano che questa cella ultrasottile può raggiungere un’efficienza di conversione fotoelettrica del 26%,” dichiara Dai. “In condizioni ottimali, l’efficienza potrebbe toccare il 27%.
Oltre all’efficienza eccezionale, il design introduce vantaggi significativi dal punto di vista ambientale. Utilizzando uno strato ultrasottile di perovskite, il consumo di materiali viene drasticamente ridotto, abbattendo i costi e la quantità di piombo impiegata nel dispositivo, come sottolineato dai ricercatori:
L’uso di uno strato assorbitore così sottile riduce notevolmente i costi dei materiali e diminuisce il contenuto di piombo nel dispositivo, un aspetto cruciale per migliorare la sostenibilità.
Tuttavia, per replicare queste prestazioni su scala commerciale, sarà necessario adottare tecniche avanzate come la deposizione sotto vuoto. Lo studio, intitolato “Ultrathin perovskite solar cell based on Gires-Tournois resonator configuration with 27% theoretical efficiency”, è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Solar Energy.
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Fonte: Solar Energy
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