Secondo i ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, le celle solari alla perovskite dovrebbero essere sottoposte simultaneamente a una combinazione di stress test per prevedere al meglio come funzioneranno all’aperto.
Le celle solari devono resistere a una serie di condizioni difficili, spesso con combinazioni variabili di fattori di stress mutevoli, per giudicare la loro stabilità, ma la maggior parte dei ricercatori conduce questi test in ambienti chiusi con alcune condizioni di stress fisse. Sebbene questi test forniscano alcune informazioni necessarie, è fondamentale comprendere quale fattore di stress applicato durante i test indoor abbia fornito correlazioni predittive con il funzionamento all’aperto.
“Dobbiamo capire quanto bene le celle solari alla perovskite funzioneranno all’aperto, in condizioni reali, per avvicinare questa tecnologia alla commercializzazione”, ha affermato Kai Zhu, uno scienziato senior del Centro di chimica e nanoscienza del NREL. “Ecco perché abbiamo identificato protocolli di test accelerati che possono essere condotti in laboratorio per rivelare come funzionerebbero queste cellule dopo sei mesi di funzionamento all’aperto”.
Zhu è l’autore principale di un articolo appena pubblicato, “Verso il collegamento della durata di vita del laboratorio e del campo delle celle solari alla perovskite”, che appare sulla rivista Natura. I suoi coautori di NREL sono Qi Jiang, Robert Tirawat, Ross Kerner, E. Ashley Gaulding, Jimmy Newkirk e Joseph Berry. Altri coautori provengono dall’Università di Toledo, che hanno collaborato con Zhu su diversi altri articoli recenti sulle perovskiti.
Le condizioni esterne, come l’umidità, il calore e persino la luce, mettono sotto stress le celle solari. Di conseguenza, l’efficienza delle celle solari diminuisce e la produzione di energia diminuisce nel tempo. Per raggiungere gli obiettivi di affidabilità per la commercializzazione della tecnologia della perovskite, è necessario innanzitutto stabilire dei protocolli in modo che i miglioramenti di diversi gruppi possano essere facilmente convalidati e confrontati.
I ricercatori tendono a testare la stabilità delle celle solari in perovskite esponendole alla luce e a basse temperature. Tuttavia, esiste un’ampia gamma di condizioni di test, il che rende difficile confrontare diversi studi e discernere la loro rilevanza per raggiungere l’affidabilità necessaria per la commercializzazione.
Il gruppo di ricerca guidato dal NREL ha sottoposto le celle solari alla perovskite a una serie di test. Durante il test di stabilità operativa, le celle hanno mantenuto oltre il 93% della loro efficienza massima dopo circa 5.030 ore di funzionamento continuo. Le celle sono state sottoposte a cicli termici, con temperature che oscillavano ripetutamente tra -40 e 85 gradi Celsius. Dopo 1.000 cicli, le celle hanno mostrato una degradazione media di circa il 5%.
I test hanno affrontato separatamente diversi fattori di stress, come la luce e il calore. Tuttavia, nelle condizioni reali, questi fattori individuali agiscono simultaneamente per influenzare le prestazioni delle celle solari. Se combinati, ad esempio, la luce e il calore accelerano significativamente il degrado delle prestazioni o causano nuovi problemi che altrimenti sarebbero assenti o che si verificano a velocità più lente durante i test separati.
I ricercatori hanno concluso che l’alta temperatura e l’illuminazione rappresentano la combinazione più critica di fattori di stress per comprendere il rendimento di una cella solare in perovskite all’aperto.
La ricerca è stata finanziata dall’Ufficio per le tecnologie dell’energia solare del Dipartimento americano dell’energia.
NREL è il principale laboratorio nazionale del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per la ricerca e lo sviluppo di energie rinnovabili ed efficienza energetica. NREL è gestito per DOE dall’Alliance for Sustainable Energy LLC.
Comunicato stampa per gentile concessione di NREL.
Foto in primo piano: Fabbricazione di celle solari con perovskiti, per gentile concessione di Qcells.
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