Accendere una Luce Sostenibile: Celle Solari a Perovskiti Ibride in una Prospettiva di Economia Circolare

Le perovskiti ibride sintetiche, di formula generale APbX3, dove A è un piccolo catione organico e X un alogenuro, stanno prendendo piede nell’ambito dell’energia solare per le loro notevoli proprietà optoelettroniche, che le rendono competitive nei confronti della tradizionale tecnologia basata sul silicio (attualmente, le efficienze superano con buon margine il 20% per entrambi i materiali)1. Le linee guida per orientare la tecnologia per l’energia solare verso dispositivi basati sulle perovskiti sono il costo moderato di precursori e sintesi e la versatilità del materiale ottenuto in vista dell’integrazione in dispositivo. Tuttavia, la fabbricazione di materiali di alta qualità è ancora affetta da problemi riguardanti la resa del processo, la produzione di scarti, l’uso di reagenti chimici non innocui e il mantenimento di condizioni controllate anche lavorando su scala maggiore. Per questo, il nostro progetto ha l’obiettivo di formulare un metodo semplice e diretto per produrre inchiostri a base di perovskiti nanocristalline che siano stabili e facilmente processabili. La sintesi deve essere svincolata dal bisogno di atmosfera inerte o temperature troppo elevate e affrontare il problema della gestione degli scarti. Abbiamo mosso i primi passi da una procedura già ottimizzata all’interno del nostro gruppo per una classe di perovskiti pensate per altre applicazioni e abbiamo provato a modificare la composizione chimica una componente alla volta, mirando a materiali idonei al fotovoltaico. Questa procedura, eseguita all’aria e a temperatura ambiente, si è dimostrata scalabile fino a volumi mai approcciati fino ad ora (fino a 5 L di solventi) grazie alla miscelazione efficiente dei precursori, assicurata da un turboemulsore industriale. I reagenti in eccesso sono impiegabili in un secondo ciclo con risultati comparabili2. Con le nuove composizioni, abbiamo realizzato che i rapporti e le basse concentrazioni originali dei reagenti non erano di beneficio alla formazione delle nuove perovskiti ibride. Convenientemente, la concentrazione e le proporzioni ricalibrate in modo da indurre la formazione delle strutture cristalline hanno anche mitigato gli svantaggi che ancora interessavano la procedura originale (volumi consistenti di solventi e specie in eccesso non reagite). La massa di materiale solido recuperato rapportata al volume di solventi è migliorata di un ordine di grandezza (da 0.2% a 2%) e l’eccesso di alcuni precursori è stato notevolmente ridotto. Nonostante le condizioni modificate necessitino di un’ulteriore ottimizzazione, dal momento che non tutte le frazioni prodotte hanno le proprietà ottiche della fase desiderata, attraverso opportuni metodi di caratterizzazione stiamo anche indagando la possibilità di ottenere i materiali target da trattamenti post-sintetici. Con l’elucidazione delle regole del gioco, contiamo di sviluppare inchiostri a base di perovskiti stampabili, i cui nanocristalli abbiano qualità e stabilità sufficiente, e che siano facili da produrre e processare per essere integrati. Il metodo di produzione deve inoltre offrire la possibilità di recuperare e/o riutilizzare gli scarti in un’ottica di economia circolare.