Fotovoltaico: dal CNR perovskite ibrida senza piombo

Ricercatori dell'Istituto Spin-Cnr (Istituto superconduttori, materiali innovativi e dispositivi del CNR dell’Aquila), in collaborazione con l'Università di Vienna e la North Carolina State University (Usa), hanno studiato una 'perovskite' ibrida con interessanti proprietà fotovoltaiche e totalmente ecologica. La ricerca inoltre potrebbe avere come ricaduta lo sviluppo di dispositivi spin-opto-elettronici più potenti e multifunzionali.

Negli ultimi anni si è assistito ad una rivoluzione nel campo dei nuovi materiali fotovoltaici. Tra questi le 'perovskiti' ibride organico/inorganiche sono in grado di convertire il 20% dell’energia solare in energia elettrica. L’aspetto negativo è che contengono piombo, materiale nocivo per la salute e l’ambiente. Ora un team internazionale che coinvolge l’Istituto superconduttori, materiali innovativi e dispositivi (Spin-Cnr) dell’Aquila in collaborazione con l'Università di Vienna e la North Carolina State University, ha segnato un importante passo avanti, attraverso uno studio teorico computazionale sulle perovskiti ecologiche. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Communications.

“Il nostro studio era mirato a cercare un’alternativa sostenibile sia alle celle solari fatte di silicio, i cui costi sono elevati a causa dei complessi metodi di fabbricazione, sia alle perovskiti finora studiate, meno costose ma tossiche per l’uomo e per l’ambiente per via del piombo in esse contenuto”, spiega Alessandro Stroppa, fisico Spin-Cnr. “Nelle nostre simulazioni al computer, abbiamo studiato una nuova perovskite ibrida promettente in ambito fotovoltaico, e non contenente piombo. Impiegando queste perovskiti per convertire energia solare in elettrica, avremmo quindi energia doppiamente pulita”.

I ricercatori sottolineano altre proprietà interessanti di questo materiale che riguardano la sua struttura elettronica. “La struttura di queste 'perovskiti' è un ibrido formato da una parte inorganica intercalata con molecole organiche, che, a loro volta, posseggono un dipolo elettrico, cioè una grandezza fisica che quantifica la separazione tra cariche positive e negative”, prosegue Silvia Picozzi, coordinatore del gruppo Spin-Cnr. “Il nostro studio teorico mostra che questi dipoli possono ordinarsi e dar luogo ad una polarizzazione elettrica che aiuta le cariche foto-generate a separarsi, influenzando positivamente l’attività fotovoltaica”.

“Infine, ci siamo focalizzati sui gradi di libertà di spin, un aspetto finora poco studiato in questi materiali, scoprendo una particolare geometria della cosiddetta 'spin-texture', che risulta controllabile con un campo elettrico esterno. In questo materiale si potrebbe quindi sfruttare questa nuova funzionalità di spin e ottenere dispositivi multifunzionali efficienti e versatili. Queste peculiari proprietà sarebbero ad esempio potenzialmente eccellenti per lo sviluppo di una nuova generazione di dispositivi spin-opto-elettronici (strumenti che convertono segnali elettrici in segnali ottici -fotoni- e viceversa, come i Led)”, conclude Stroppa.