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Innovazione 28 Marzo, 2018 @ 12:09

Il promettente business della perovskite

di Antonio Piazzolla

Studente universitario, mi occupo di giornalismo scientifico.Leggi di più dell'autore
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Una fase di lavorazione delle PSC

Tra una decina d’anni internet potrebbe diventare mille volte più veloce e il fotovoltaico più economico, conservando alte prestazioni; non si tratta di fantascienza ma della perovskite, un minerale scoperto “per caso” in Russia, sui monti Urali, nel lontano 1839.

Il minerale, quarto al mondo per la sua abbondanza sul pianeta, si forma in condizioni di elevata pressione ed è composto da silicato di calcio (CaSiO3, presenti silicio, ossigeno e calcio): si ipotizza che il mantello terrestre profondo sia costituito per il 90% da perovskite ma riconoscerla e lavorarla è molto complicato dal momento che, quando alcuni eventi geologici “spingono” il minerale in superficie, questo muta la sua struttura mineralogica, a causa della minor pressione incontrata, cambiando del tutto aspetto.

Un grande conduttore in onore del ministro russo

Scoperto nel 1839 dal mineralogista Gustav Rose e dal naturalista Alexander von Humboldt, è stato ribattezzato così in onore di Lev Perovskiy, ex Ministro della Corte Imperiale Russa, nonché grande collezionista di minerali. Particolarità di questo minerale sono la sua ottima conduttibilità e la grande capacità di assorbire la luce, caratteristica che lo promuove quale probabile sostituto del silicio.

Dal gigahertz al terahertz

Le capacità del materiale nel permettere comunicazioni molto più rapide sono state evidenziate da uno studio, redatto dai docenti Ajay Nahata e Valy Vardeny, condotto da un team di ricercatori dell’Università dello Utah; le componenti create con la perovskite sono in grado di operare nello spettro dei terahertz invece che in quello dei gigahertz: “Ci vorranno almeno altri 10 anni affinché la tecnologia a terahertz per le comunicazioni venga usata in prodotti commerciali. Questa ricerca è un’importante pietra miliare per arrivare a questo passo” – commenta Ajay Nahata.

Una fase di lavorazione delle PSC

PSC: il fotovoltaico economico ed efficiente

Un test condotto in laboratorio dai ricercatori coreani dello Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) – coordinati dal docente Sang-II Seok, in collaborazione con un team del Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT), ha messo in luce come le capacità della perovskite possano garantire maggiore durata e stabilità delle celle solari di nuova generazione; lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science.

Le nuove celle solari, chiamate PSC (acronimo di Perovskite Solar Cells), sono costituite da elementi inorganici e molecole organiche, la cui struttura cristallina unica è in grado di catturare la luce e convertirla in energia elettrica: le prestazioni raggiunte garantiscono un’efficienza di conversione che si aggira intorno al 22%, poco inferiore ai valori massimi ottenuti con i moduli di silicio monocristallino (circa il 25%); le PSC si caratterizzano per la loro flessibilità e trasparenza, doti che le rendono molto versatili e impiegabili in svariate applicazioni: un esempio? Le vetrate solari di un grattacielo o lo schermo di uno smartphone di nuova generazione.

Una PSC ultimata

Ma il Sole ne compromette l’impiego

Il principale intralcio nell’impiego della perovskite è la fotostabilità, dal momento che si degrada con una rapidità impressionante quando esposta alla luce solare: pochi giorni di permanenza all’esterno azzerano quasi del tutto le prestazioni di un modulo realizzato con questa struttura organica-inorganica, al contrario dei pannelli di silicio che restano efficienti per diversi anni.

Per questo motivo il politecnico sudcoreano ha sviluppato una cella di perovskite basata su un nuovo materiale semiconduttore, ricavato con un processo a temperatura molto più bassa (circa 200°C ) di quella raggiunta nei processi standard di fabbricazione (900°C): si ottiene così una cella ad alta efficienza (la capacità di conversione è del 21,2%) dalla maggiore durata (+93%) resistendo a 1000 ore di esposizione ai raggi solari. Il metodo di fabbricazione, proposto dal team coordinato dal prof. Seok, si chiama “Hot-Pressing Method” e consiste nel far aderire saldamente due superfici (in questo caso due “strati” della cella) con una combinazione di temperatura e pressione.

Un aiuto da madre natura

Proprio la fotostabilità ne aveva reso più difficoltoso lo studio e l’impiego: “Nessuno era mai riuscito a mantenere stabile questo minerale sulla superficie della Terra, per fortuna ci ha pensato la natura” – ha commentato, con un filo d’ironia, il professor Graham Pearson dell’Università di Alberta, che ha pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature i suoi studi sul minerale. Pearson allude al recente ritrovamento di un diamente, in Sudafrica, che custodiva al suo interno un “campione” di perovskite: un fenomeno noto come “inclusione”; il diamante si sarebbe formato a 700 chilometri dalla superficie (contro gli usuali 150-200 chilometri) ad una pressione di circa 240.000 volte quella che si misura a livello del mare. Un occasione per approfondire le nostre conoscenza sul minerale e capire come sfruttare al meglio tutte le sue prodigiose proprietà.

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