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TECH INSIGHT
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- ELETTRONICA OGGI 458 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2016
SOLAR CELL
struttura reticolare comune analoga a quella rappre-
sentata in figura 3. Il minerale fu individuato la prima
volta negli Urali e il suo nome deriva dal presidente
Lev Perovski della Società Geografica Russa.
In pratica, oggi vengono chiamate perowskiti anche
tutte quelle composizioni che rispettano la formula
generica ABO3, dove A è un catione a grande raggio
ionico e B un elemento a piccolo raggio ionico. Oggi
si studiano strutture metallo-organiche a perowskite
contenenti ad esempio ioduro di piombo e metilammo-
nio CH3NH3PbI3 che, essendo abbastanza trasparenti
(Fig. 4), possono essere depositate al di sopra di una
comune cella al silicio per migliorarne le caratteristi-
che anche del 40%. Il basso costo di questo composto
rispetto al silicio è consentito dal fatto che può esse-
re ottenuto da fase vapore o da soluzione, facendo
combinare lo ioduro di metilammonio con il cloruro di
piombo. Si ottengono in tal modo densità di corrente
che vanno dai 16 ai 22 mA/cm
2
a seconda del metodo
utilizzato, operando con un’intensità di illuminazione
di 100 mW/cm
2
.
Il vantaggio di questo materiale rispetto al silicio è de-
rivato non solo dalla facilità di ottenimento e dal basso
costo, ma soprattutto dal fatto che, a seconda del teno-
re dello ione alogeno (iodio, cloro o bromo) si possono
ottenere valori di energy-gap diretto che vanno da 1.6
a 2.3 eV (contro un band-gap indiretto di 1.1 eV del si-
licio), ciò che permette di catturare efficacemente an-
che la porzione infrarossa dello spettro solare. Un ul-
teriore vantaggio deriva dall’elevata lunghezza di dif-
fusione sia per gli elettroni sia per le lacune, superiore
al micron. Le mobilità dei portatori si aggirano sui 10
cm
2
/Vsec. Inoltre, si è osservato che l’assorbimento
di un fotone genera una coppia elettrone-lacuna con
un’efficienza prossima al 100%, e così anche per la ge-
nerazione di fotoni in seguito alla loro ricombinazione.
Strutture innovative
Viste le caratteristiche ottenibili, si pensa di utilizzare
composti del tipo perowskite non tanto come materiali
stand-alone per la conversione fotovoltaica, ma piut-
tosto per realizzare celle-tandem a due strati, ognuno
dei quali è in grado di convertire con maggiore effica-
cia una specifica porzione dello spettro solare.
Il silicio non è in grado di convertire le radiazioni infra-
rosse, a causa del fatto che l’energy-gap di 1.12 eV fa
sì che esso diventi “trasparente” alle radiazioni di lun-
ghezza d’onda superiore ai 1100 nanometri. Se però
si abbina al silicio uno strato di materiale in grado di
convertire la porzione infrarossa dello spettro solare,
allora si possono raggiungere efficienze più elevate.
La struttura-tandem risultante è quella di figura 5, che
abbina uno strato superficiale di ioduro di piombo-
metilammonio a un substrato in silicio policristallino.
Lo strato di perowskite organica è racchiuso entro
due strati di TCO (Transparent Conductive Oxide),
costituito da FTO (Fluorine-doped Tin Oxide), ovvero
ossido di stagno drogato con fluoro.
L’impiego delle strutture a perowskite porta però con
sé alcuni problemi che i gruppi di ricerca stanno cer-
Fig. 3 – Struttura reticolare della perowskite CaTiO3
Fig. 4 – Cella solare realizzata con perowskite a ioduro
di piombo-metilammonio su vetro