Una spinta per la tecnologia delle celle solari tandem in perovskite-silicio
La tecnologia fotovoltaica (FV) ha fatto rapidi progressi dalla prima dimostrazione di una cella solare in silicio cristallino da parte dei Bell Labs nel 1954. Tuttavia, man mano che le efficienze raggiungono il loro limite teorico, si continuano a cercare nuovi materiali e metodi per aumentare l’efficienza e ridurre i costi. Tra le tecnologie di terza generazione più promettenti in fase di sviluppo ci sono quelle che utilizzano la perovskite, una classe di alogenuri organometallici cristallini in cui possono essere integrati molti cationi diversi. Le efficienze sono migliorate in modo esponenziale nell’ultimo decennio e si prevede che il mercato raggiungerà i 500 milioni di dollari entro il 2028. Il progetto CHEOPS, finanziato dall’UE, si prefiggeva di raggiungere progressi nell’efficienza e nei processi per portare su scala industriale la produzione di celle solari basate sulla perovskite. Il silicio standard assorbe i fotoni a bassa energia. La perovskite offre l’opportunità di raccogliere una maggiore quantità di energia della luce in quanto è straordinariamente idonea per sfruttare al meglio i fotoni blu ad alta energia. Utilizzando la perovskite nei loro strati attivi, i ricercatori hanno cercato di sfruttare il potenziale del materiale per una produzione su larga scala a basso costo. Spostare in avanti i confini delle celle solari a base di perovskite Tecnologicamente, il primo obiettivo era quello di migliorare l’efficienza delle celle di perovskite a giunzione singola, e quindi di sfruttare la cosiddetta tecnologia tandem facendo crescere uno strato di perovskite sul silicio. I ricercatori di CHEOPS hanno ampliato un prototipo di laboratorio di 1x1 cm2 a perovskite a giunzione singola con un’efficienza del 15 % trasformandolo in un modulo dimostrativo di 10x10 cm2 con una perdita di efficienza minima. Si tratta di un risultato importante. Ha inoltre messo in evidenza una sfida ancora da superare per la nuova tecnologia, la controllabilità dei processi. Il team sta lavorando allo sviluppo di nuove tecniche di deposizione per consentire un rivestimento uniforme su vasta superficie di film compatti compatibili con le esigenze industriali. Per quanto riguarda la tecnologia tandem perovskite-silicio, spiega Nicolay Sylvain, coordinatore del progetto: «CHEOPS ha dimostrato per la prima volta la possibilità di far crescere celle superiori di perovskite su celle inferiori di silicio con una superficie completamente strutturata. Poiché il mercato del silicio fotovoltaico standard utilizza questo tipo di celle strutturate, essere in grado di utilizzarle in questo modo è un fattore critico per lo sviluppo futuro della perovskite. Inoltre, le efficienze record sono state dimostrate da diversi partner CHEOPS». La cella tandem perovskite-silicio etero-giunta (1,43 cm2) ha raggiunto un’efficienza di conversione della potenza del 25,4 %, superando il precedente record mondiale dei partner di CHEOPS. Gli scienziati hanno anche sviluppato protocolli di misurazione unificati e standard per garantire confronti più accurati tra i diversi approcci. Come spiega Sylvain: «Attualmente, ci sono molti protocolli diversi utilizzati per misurare i dispositivi fotovoltaici basati su perovskite, il che rende difficile il confronto. I partner di CHEOPS hanno concordato un protocollo di misurazione unificato che sarà comunicato sotto forma di Libro bianco». Celle solari a base di Perovskite ottengono il via libera Il team ha condotto analisi socio-economiche critiche, dimostrando che lo sviluppo della tecnologia è giustificato. Secondo Sylvain: «La perovskite è infatti una tecnologia che può modificare fortemente il paesaggio fotovoltaico permettendoci di ottenere moduli fotovoltaici più efficienti e a basso costo». Sulla base dei loro principali successi nella dimostrazione dell’evaporazione della perovskite su celle di silicio completamente strutturate e della bassa perdita di efficienza da cella a modulo per le celle di perovskite a singola giunzione, diversi partner sono già in trattative con i produttori per capitalizzare i risultati del progetto. Il futuro è luminoso per i moduli FV in perovskite e i contributi di CHEOPS aprono la strada alla leadership europea in questo importante settore.
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