Celle solari di prossima generazione

I pannelli in silicio oggi disponibili in commercio rappresentano circa il 90 % della produzione totale di pannelli solari. Delle tecnologie solari alternative, come ad esempio i film sottili (in particolare le celle solari a base di perovskite), si stanno tuttavia sviluppando rapidamente.

Tecnologie industriali

Energia

Le energie rinnovabili sono considerate la migliore fonte energetica per ridurre l’inquinamento e mitigare il cambiamento climatico. Grazie al suo impareggiabile potenziale l’uso del fotovoltaico (FV) a energia solare è diventato il soggetto di intensi sforzi di ricerca, sviluppo e impiego, rendendo l’industria FV il più grande settore optoelettronico al mondo. Il progetto MESO-SUPERCELLS (Novel meso-superstructured solar cells with enhanced performance and stability), finanziato dall’UE, ha studiato le celle solari a base di perovskite allo scopo di prevedere aumenti rapidi nella potenza assorbita. Le celle solari a base di perovskite si basano su un assorbitore di perovskite altamente cristallino con una intensa assorbività dal visibile all’infrarosso vicino. Questa “cella solare meso-superstrutturata” (meso-superstructured solar cell, MSSC) presenta una perdita di energia estremamente bassa, e dimostra allo stesso tempo un’efficienza nella conversione della potenza pari al 10,9 %. I ricercatori sono stati in grado di identificare un aumento della cristallizzazione per la perovskite, che ha migliorato la qualità del semiconduttore, potenziando in tal modo le prestazioni del dispositivo a cella solare e migliorando la riproducibilità. Questo lavoro ha inoltre evidenziato la necessità di realizzare dei film sottili policristallini elettronicamente del tutto omogenei. Gli scienziati hanno anche cercato di ottenere una comprensione più profonda dei processi e dei meccanismi fondamentali che stanno alla base del funzionamento di questo tipo di cella solare. Sono stati perciò studiati in dettaglio differenti sistemi, che hanno indicato la necessità di controllare i livelli di drogaggio al fine di conseguire una potenza in uscita altamente stabilizzata. Si è inoltre scoperto che le celle mesostrutturate giocano uno specifico ruolo elettronico, verosimilmente nel migliorare il drogaggio della perovskite. Inoltre, la cinetica della cristallizzazione influisce sulle dinamiche di ricombinazione delle celle solari a eterogiunzione piatta. Si è scoperto che la ricombinazione può essere fortemente inibita usando un agente di cristallizzazione rapida, anche se le dimensioni del grano sono generalmente piccole. I ricercatori hanno inoltre studiato l’utilizzo di perovskiti senza piombo, basate su stagno e germanio, per combattere la tossicità del piombo e hanno valutato l’uso di solventi rispettosi dell’ambiente per dissolvere i componenti della perovskite. I risultati di MESO-SUPERCELLS aiuteranno a rendere la commercializzazione delle celle solari a base di perovskite una realtà, supportando in tal modo gli sforzi di ricerca europei verso un’energia pulita ed efficiente aiutando a produrre un’elettricità solare affidabile a basse emissioni di carbonio. Il progetto inoltre promuove l’eccellenza dello Spazio europeo della ricerca creando la più forte comunità di ricerca sul fotovoltaico nel campo delle celle solari di terza generazione. Questi risultati aiuteranno a combattere la povertà energetica e ad aumentare la prosperità economica per il mondo intero, e saranno particolarmente interessanti per tecnologi dell’energia solare, legislatori, responsabili dei processi decisionali e gruppi ambientalisti.