Alimentare il futuro: nuove intuizioni su come funzionano le celle solari flessibili drogate con metalli alcalini
“Quando verranno sviluppate celle solari ecologiche, poco costose, versatili ed efficienti, tutte le centrali termiche e nucleari scompariranno e le celle solari installate sull’oceano o nello spazio alimenteranno il nostro mondo”, afferma il professor Dong-Seon Lee di il Gwangju Institute of Science and Technology in Corea. La sua visione altamente ottimistica del futuro rispecchia le visioni di molti ricercatori coinvolti nello sforzo di migliorare le celle solari.
In questo sforzo, gli scienziati si sono resi conto che il doping, la distorsione di una struttura cristallina introducendo un’impurità, le celle solari policristalline ottenute fondendo insieme cristalli chiamati CZTSSe con metalli alcalini abbondanti in terra ed ecologici, come sodio e potassio, possono migliorare la loro efficienza di conversione da luce a elettricità. Ciò porta anche alla creazione di celle solari a film sottile, flessibili e poco costose che potrebbero trovare molte applicazioni in una società che rende sempre più comune l’elettronica indossabile. Ma il motivo per cui il doping migliora le prestazioni è ancora sconosciuto.
In un recente articolo pubblicato su Scienze avanzate, il professor Lee e il team rivelano una parte di questo sconosciuto. Le loro rivelazioni provengono dalle loro osservazioni sulla composizione e sulle proprietà di trasporto della carica elettrica delle cellule CZTSSe drogate con strati di fluoruro di sodio di vario spessore.
Dopo aver analizzato queste celle drogate, il prof. Lee e il team hanno visto che la quantità di drogante determinava il percorso che i portatori di carica intraprendevano tra gli elettrodi, rendendo la cella più o meno conduttiva. Con uno spessore ottimale dello strato drogato di 25 nanometri, le cariche scorrevano attraverso il cristallo attraverso percorsi che consentivano la massima conduttività. Questo a sua volta, hanno ipotizzato gli scienziati, ha influito sul “fattore di riempimento” della cella, che indica l’efficienza di conversione da luce a elettricità. A 25 nanometri è stato ottenuto un fattore di riempimento record del 63%, un notevole miglioramento rispetto al precedente limite del 50%. Anche la performance complessiva è stata competitiva con questa quantità di doping.
Questi risultati forniscono informazioni su CZTSSe e altre celle solari policristalline, aprendo la strada per migliorarle ulteriormente e realizzare una società sostenibile. Ma la prestazione competitiva della cella solare che ha prodotto questi risultati offre applicazioni del mondo reale più tangibili per noi gente comune, come spiega il prof. Lee, “Abbiamo sviluppato celle solari flessibili ed eco-compatibili che saranno utili in molti modi nel nostro vite reali, dal fotovoltaico integrato negli edifici e dai tetti dei pannelli solari, ai dispositivi elettronici flessibili.” E data l’audace visione del Prof Lee, forse un’economia verde non è troppo lontana.
