Fotovoltaico: un reticolo ferroelettrico ne aumenta di 1000 volte l'efficienza

Abbiamo parlato diverse volte di come, all'interno del settore delle celle solari, si stiano cercando alternative al silicio, ovvero metodi produttivi e/o materiali più semplici, meno costosi, che non siano già monopolio di nazioni specifiche e, non ultimo, con gradi di efficienza estremamente alti.

Una delle più recenti intuizioni in questo senso arriva dalla Germania, precisamente dalla Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) dove i ricercatori stanno testando le potenzialità del titanato di bario, un ossido misto di bario e titanio, con proprietà ferroelettriche.

"Significa che ha cariche positive e negative separate spazialmente", ha spiegato il dott. Akash Bhatnagar, fisico del Center for Innovation Competence SiLi-nano della MLU. "Questa sua caratteristica crea una struttura asimmetrica che può generare elettricità dalla luce. A differenza del silicio, i cristalli ferroelettrici non hanno bisogno di una giunzione p-n per creare l'effetto fotovoltaico. Ciò renderà più semplice la produzione di pannelli solari".

Il team si è presto trovato davanti un ostacolo, dovuto al fatto che il titanato di bario puro non assorbe molta luce solare, e pertanto genera una fotocorrente relativamente bassa; per superare i limiti del materiale i ricercatori hanno deciso di combinarlo assieme ad altri materiali.

Gli scienziati hanno, quindi, alternato titanato di bario, titanato di stronzio e titanato di calcio in strati sottilissimi, scoprendo che il trio riusciva ad aumentare notevolmente la resa di energia solare della cella.

I promettenti risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista ScienceAdvances.

Per ottenere un risultato ottimale, ha spiegato il gruppo di ricerca, è necessario combinare un materiale ferroelettrico (caratteristica che ha anche la perovskite) con uno paraelettrico, in grado di polarizzarsi e diventare a sua volta ferroelettrico in particolari circostanze, come ad esempio a temperature molto basse o con piccole modifiche nella sua composizione chimica.

Il prototipo di reticolo a triplice strato è stato sottoposto a misurazioni fotoelettriche con l'irradiamento di luce laser, che hanno dimostrato come il flusso di corrente fosse fino a 1.000 volte più alto rispetto al medesimo spessore composto da titanato di bario puro.

I ricercatori hanno concluso che il "reticolo" permette ai materiali di interagire fra loro aumentando esponenzialmente la loro capacità di conduzione degli elettroni, grazie all'eccitazione dei fotoni di luce.

Questa struttura a strati ha mostrato un rendimento superiore, in tutti gli intervalli di temperatura analizzati, rispetto ai ferroelettrici puri. Inoltre, i cristalli utilizzati sono significativamente più durevoli e non richiedono un imballaggio speciale.

Uleriori test hanno concluso che questo effetto è molto stabile nel tempo, avendo mantenuto la sua costanza per un arco di sei mesi.

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