Perovskiti e celle solari di perovskite: Una panoramica comparativa

Cosa sono le perovskiti e le celle solari di perovskite?

Leperovskiti sono un gruppo di minerali con una particolare struttura cristallina. Non sono rare se prodotte in laboratorio. Gli scienziati utilizzano questi materiali prodotti in laboratorio per costruire celle solari che trasformano la luce in elettricità. Mostrano buone prestazioni e possono essere prodotte a basso costo. La struttura di questi materiali contribuisce a migliorare l'assorbimento della luce e il trasferimento di carica. Molti gruppi di ricerca utilizzano le celle solari di perovskite per migliorare la conversione dell'energia solare.

Queste celle solari hanno ricevuto molta attenzione negli ultimi anni. Hanno un elevato assorbimento della luce e un processo di produzione semplice e le loro prestazioni sono in grado di competere con quelle delle tecnologie più vecchie. Molti ingegneri confrontano queste celle con le tradizionali celle solari al silicio. Questa discussione ci aiuta a capire come una cella solare a perovskite possa contribuire alle future esigenze energetiche.

Struttura e materiali delle celle solari a perovskite

Il substrato

Il substrato è la base della cella solare. Fornisce un supporto fisico e tiene in posizione gli altri strati. I substrati più comuni sono vetro o materiali plastici flessibili. Questi materiali garantiscono durata e stabilità. In molti casi, la scelta del substrato contribuisce a ridurre i costi e a facilitare l'installazione.

Strato conduttivo trasparente

Lo strato successivo è lo strato conduttivo trasparente. Questo strato permette alla luce di raggiungere le zone attive. Inoltre, conduce l'elettricità generata nella cella. Si utilizzano materiali come l'ossido di indio-stagnoo l'ossido di stagno drogato con fluoro. Essi combinano l'esigenza di trasparenza con una buona conduzione elettrica.

Strato di trasporto degli elettroni

Lo strato di trasporto degli elettroni svolge un ruolo fondamentale nello spostamento degli elettroni dallo strato di perovskite. Materiali come il biossido di titanio sono una scelta comune. Questo strato aiuta a prevenire la ricombinazione di elettroni e buchi. In questo modo, aumenta l'efficienza complessiva della cella solare.

Strato di perovskite

Lo strato di perovskite è il cuore del dispositivo. Contiene i cristalli di perovskite che assorbono la luce. Quando la luce colpisce questo strato, crea coppie di elettroni e buchi. Questo processo è essenziale per la conversione dell'energia solare in energia elettrica. Lo strato di perovskite viene spesso formato con un semplice processo di soluzione, meno costoso rispetto ad altri metodi.

Strato di trasporto dei buchi

Dopo lo strato di perovskite, entra in gioco lo strato di trasporto delle buche. Questo strato trasporta le cariche positive lontano dalla perovskite. Utilizza materiali come lo spiro-OMeTAD o altri composti organici. Lo strato assicura che le cariche positive raggiungano l'elettrodo metallico in modo efficiente. Questo processo riduce le perdite e migliora le prestazioni della cella.

Elettrodo metallico

Lo strato finale è l'elettrodo metallico. Questo strato raccoglie le cariche che hanno viaggiato attraverso gli strati. L'elettrodo metallico può essere scelto tra l'argento e l'oro. L'elettrodo metallico completa il circuito elettrico della cella solare. Il suo ruolo è essenziale per l'estrazione e la raccolta dell'elettricità generata.

Come funziona la cella solare di perovskite?

Assorbimento della luce

Il processo di funzionamento inizia con l'assorbimento della luce. Quando il sole illumina lo strato di perovskite, il materiale assorbe la luce. I cristalli di perovskite hanno un elevato coefficiente di assorbimento. La luce assorbita crea coppie elettrone-buco. Questo è il primo passo nella conversione dell'energia solare in elettricità.

Separazione della carica

Una volta assorbita la luce, avviene la fase di separazione della carica. Lo strato di trasporto degli elettroni allontana gli elettroni dallo strato di perovskite. Nel frattempo, lo strato di trasporto delle buche assorbe le cariche positive. Questa separazione impedisce alle cariche di ricombinarsi troppo presto. Per ogni tipo di carica viene creato un percorso chiaro.

Raccolta delle cariche

La fase finale è la raccolta delle cariche. Le cariche separate raggiungono l'elettrodo metallico e lo strato conduttivo. Formano una corrente elettrica. Questa corrente può essere utilizzata per applicazioni pratiche. Ogni strato della cella solare lavora in tandem per ottenere questo risultato. Il processo è semplice ma efficace.

La perovskite rispetto ad altre tecnologie di celle solari

Celle solari al silicio

Le celle solari al silicio sono state il gold standard per molti anni. Funzionano bene e offrono stabilità a lungo termine. Tuttavia, una cella solare al silicio richiede un'elevata energia per essere prodotta. Le celle solari in perovskite utilizzano meno energia per la produzione. Possono essere prodotte con metodi più semplici. Questa differenza le rende un'alternativa interessante.

Celle solari a film sottile

Lecelle solari a film sottile includono materiali come il tellururo di cadmio e il seleniuro di rame, indio e gallio. Queste celle sono leggere e più flessibili di quelle al silicio. Le celle solari a perovskite condividono alcuni di questi vantaggi. Sono anche flessibili nella progettazione e possono essere prodotte su sistemi roll-to-roll. In alcuni test, le celle solari di perovskite hanno mostrato un'efficienza superiore per un breve periodo. Questo ha attirato l'attenzione di molti ingegneri.

Fotovoltaico organico

Il fotovoltaico organico utilizza materiali a base di carbonio per convertire la luce in elettricità. Hanno il vantaggio di essere poco costosi e flessibili. Le celle solari a perovskite rappresentano una via di mezzo. Combinano la facilità di lavorazione vista nel fotovoltaico organico con una maggiore efficienza. Questo le rende adatte a diversi contesti, tra cui il fotovoltaico integrato negli edifici.

Conclusione

Le perovskiti e le celle solari in perovskite hanno cambiato il modo di considerare l'energia solare. La loro struttura semplice e i processi economicamente vantaggiosi attraggono molti ricercatori e gruppi industriali. Sebbene permangano sfide come la stabilità e la longevità, i vantaggi di un costo di produzione inferiore e di un'elevata efficienza sono promettenti. Questa panoramica dimostra che le celle solari a perovskite occupano un posto di rilievo tra le altre tecnologie di celle solari. Con il proseguire della ricerca, queste celle potrebbero diventare un elemento comune del nostro panorama energetico.

Domande frequenti

F: Le celle solari in perovskite sono stabili nel tempo?
D: La stabilità sta migliorando. Molti laboratori lavorano su rivestimenti e incapsulamento per proteggere il materiale.

F: Qual è il componente principale di una cella solare di perovskite?
D: Lo strato di perovskite è essenziale perché è responsabile dell'assorbimento della luce e della creazione di carica.

F: Come si collocano le celle solari in perovskite rispetto a quelle in silicio?
D: Sono più semplici ed economiche da produrre, ma le celle al silicio sono ancora in vantaggio per quanto riguarda la stabilità a lungo termine.