A seguito di una collaborazione di ricerca internazionale, la Shanghai Jiao Tong University, la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) e la Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno scoperto un materiale stabile che genera elettricità in modo efficiente e che potrebbe sfidare l'egemonia del silicio.
In un articolo su Science, i team hanno mostrato come il materiale CsPbI3, una perovskite inorganica, possa essere stabilizzato in una nuova configurazione in grado di raggiungere elevate efficienze di conversione. Questo risultato è degno di nota in quanto stabilizzare questo genere di materiale è una sfida storica. Ma entriamo più nel dettaglio.
CsPbI3 è spesso studiato nella sua 'fase alfa', una configurazione ben nota della struttura cristallina nota come 'fase oscura' a causa del suo colore nero. Questa fase è particolarmente efficace nell'assorbire la radiazione solare. Sfortunatamente, è anche instabile e la struttura si degrada rapidamente in una forma giallastra, meno efficace nell'assorbire la luce solare.
Lo studio condotto dal team internazionale ha invece esplorato il cristallo nella sua 'fase beta', una disposizione meno nota della struttura cristallina che però è più stabile della 'fase alfa'. Questa disposizione però mostra un'efficienza di conversione relativamente bassa. La bassa efficienza di conversione deriva in parte dalle microfessure che spesso emergono nelle celle solari a film sottile.
Come sappiamo, queste microfessure inducono la perdita di elettroni negli strati adiacenti nella cella solare: elettroni che non possono più fluire come elettricità. Il team allora ha trattato il materiale con una soluzione di ioduro di colina per riparare queste microfessure, e ha scoperto anche che questa soluzione ottimizza l'interfaccia tra gli strati nella cella solare, nota come 'allineamento dei livelli di energia'.
I dati mostrano che dopo questo trattamento gli elettroni possono muoversi liberamente attraverso i diversi strati, generando elettricità. Inoltre, mostrano una bassa perdita di elettroni negli strati adiacenti, dovuta a migliori allineamenti dei livelli di energia tra gli strati. Il risultato finale di questo trattamento è un aumento dell'efficienza di conversione dal 15% al 18%.
Sebbene questo primo risultato sia promettente, la perovskite inorganica è ancora in ritardo. Affinché CsPbI3 possa competere veramente con il silicio, il team lavorerà successivamente sulla terna di fattori che consentono al silicio di dominare: stabilità, costi ed efficienza.