Perovskite: il cristallo per nuove celle fotovoltaiche

Produrre energia fotovoltaica a basso costo e ad alta efficienzasarà possibile grazie a semiconduttori policristallini con struttura di perovskite utilizzati in celle solari di nuova generazione.

E’ ad opera di Annamaria Petrozza, ricercatrice presso il Center for Nano Science and Technology (CNST) dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Milano ed Henry Snaith, ricercatore presso l'Università di Oxford, il primo studio che svela i meccanismi di funzionamento di queste promettenti celle solari.

Lo studio intitolato “Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber” (www.sciencemag.org/content/342/6156/341 ) è stato appena pubblicato sulla rivista internazionale Science.

La perovskite, un cristallo inorganico che prende il nome dal suo scopritore (il mineralogista russo Lev Aleksevich von Perovski), ha conquistato l’attenzione della comunità scientifica nell’ultimo anno perché consente la fabbricazione di celle solari ibride con un rendimento di circa 15%, quando usato come semiconduttore. Tali prestazioni sono valutate sorprendenti sulla base del fatto che la generazione di celle solari a base di perovskiti è ancora in germe se confrontata a quella più che cinquantenaria di quella del silicio. Inoltre, le efficienze competitive sono associate a bassi costi di produzione legati all’abbondanza dei materiali attivi e ai semplici metodi di fabbricazione che avvengono a basse temperature e sono estendibili su larga area. Rimangono ancora aperte numerose questioni fondamentali, tra cui quelle relative ai processi di generazione e di trasporto delle cariche elettriche all’interno del cristallo in seguito all’interazione con la luce (processi optoelettronici), che sono alla base del funzionamento di dispositivi realizzati con questo materiale. Il lavoro dei ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia si inserisce in tale contesto.

"Questo lavoro – commenta Annamaria Petrozza - dimostra che nel materiale che abbiamo ottimizzato nella composizione chimica, le cariche foto-generate possono viaggiare per distanze maggiori di 1 micrometro nel dispositivo, una distanza enorme se la prospettiva è quella del mondo delle nano-tecnologie. Questo porta alla considerazione che con una corretta progettazione dei cristalli di perovskite può essere realizzato un dispositivo solare ad alta efficienza di conversione, semplice e poco costoso allo stesso tempo”.

“A condizione che la stabilità della tecnologia fotovoltaica a base di perovskiti possa essere migliorata - sottolinea Henry Snaith - si assisterà alla nascita di un concorrente per il silicio che porterà in ultima analisi alla produzione a basso costo di energia solare. Ciò demolirà il paradigma, in cui molti attualmente credono, per cui non si possano combinare i parametri di basso costo, lunga durata ed alte efficienze per i dispositivi fotovoltaici di nuova generazione atti a produrre energia solare”.

L’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) è una Fondazione di diritto privato istituita congiuntamente dal Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca e dal Ministero dell'Economia e delle Finanze, con l'obiettivo di promuovere l'eccellenza nella ricerca di base e in quella applicata e di favorire lo sviluppo del sistema economico nazionale. Lo staff complessivo di IIT conta 1204 persone. L’area scientifica è rappresentata da circa l’85% del personale. Il 43% dei ricercatori proviene dall’estero: per il 27% stranieri da circa 50 Paesi e per il 16% italiani rientrati.
La produzione di IIT vanta più di 3500 pubblicazioni e 127 invenzioni che hanno originato 209 brevetti. Nella sede di Genova collaborano dipartimenti di Robotica (“Robotica, Cervello e Scienze Cognitive” e “Robotica Avanzata”), dipartimenti orientati alle scienze della vita (“Neuroscienze e Tecnologie del Cervello”, e “Scoperta e Sviluppo Farmaci”) e facility di “Nanochimica”, “Nanofisica”, “Nanostrutture”, “Pattern Analysis & Computer Vision” e “iCub Facility”. Dal 2009 l’attività scientifica è stata ulteriormente rafforzata con la creazione di dieci centri di ricerca nel territorio nazionale (a Torino, Milano, Trento, Parma, Roma, Pisa, Napoli, Lecce) che, unitamente al Laboratorio Centrale di Genova, sviluppano le nuove piattaforme del piano scientifico 2012-2014.