Nuovo materiale di perovskite per celle solari senza piombo

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Ricercatori dell’Università Amar Thlidji in Algeria hanno condotto uno studio teorico per verificare se un materiale perovskite noto come KGeCl3 possa essere utilizzato per applicazioni nel fotovoltaico.

“Il KGeCl3 è uno dei composti che possono essere prodotti in laboratorio e che finora non sono stati scoperti in natura”, ha dichiarato alla rivista pv l’autore corrispondente della ricerca, Mohammed ElSaid Sarhani.

Nello studio “AB-INITIO study of electronic, mechanical, optical and thermoelectric properties of KGeCl3 for photovoltaic application”, pubblicato su Heliyon, Sarhani e i suoi colleghi hanno utilizzato il software WIEN2k per analizzare le caratteristiche elettroniche, elastiche, ottiche e termoelettriche della perovskite KGeCl3 nelle sue fasi cubica, tetragonale e ortorombica.

Il software consente agli utenti di eseguire calcoli di struttura elettronica dei solidi utilizzando la teoria funzionale della densità (DFT), un approccio di simulazione atomistica quantomeccanica per analizzare un’ampia varietà di proprietà di quasi tutti i tipi di sistemi atomici, tra cui molecole, cristalli, superfici e dispositivi elettronici.

“La DFT è particolarmente adatta a sistemi di grandi dimensioni, il che la rende preziosa per lo studio di molecole complesse”, hanno sottolineato gli scienziati, che hanno anche utilizzato la teoria del trasporto di Boltzmann per valutare le proprietà termoelettriche del materiale di perovskite. L’approccio di Boltzmann consente di descrivere il trasporto di elettroni in materiali con una struttura a bande complessa.

Attraverso la loro analisi, gli studiosi hanno scoperto che la perovskite KGeCl3 ha strutture stabili in tutte e tre le configurazioni e “buone” proprietà elastiche.

“Secondo il calcolo della struttura elettronica a bande, la perovskite KGeCl3 è un semiconduttore a bandgap diretto con energie di bandgap di 0,92 eV, 1,26 eV e 1,88 eV rispettivamente per le fasi cubica, tetragonale e ortorombica”. “Questo implica che il materiale potrebbe essere utilizzato in applicazioni optoelettroniche, compresi i dispositivi fotovoltaici”.

Sarhani ha anche spiegato che il nuovo materiale non è il più economico, poiché contiene germanio. “Ma il costo di produzione di questo tipo di materiale è più economico rispetto ad altri materiali, grazie alla facilità e alle condizioni di produzione”, ha sottolineato. “Non richiede pressioni elevate o un alto grado di purezza. Inoltre, il suo protocollo di produzione è facile e semplice”.

Gli scienziati hanno concluso affermando che la perovskite KGeCl3 può essere utilizzata per sostituire i materiali di perovskite a base di piombo nelle celle solari e in altri dispositivi optoelettronici. “Nel complesso, il nostro studio dimostra il potenziale della perovskite KGeCl3 come materiale multifunzionale con promettenti proprietà strutturali, elettroniche, ottiche e termoelettriche in diverse strutture cristalline”.

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