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La combinazione di celle solari in silicio perovskite aiuta i ricercatori a raggiungere un’elevata efficienza nella generazione di energia fotovoltaica

Gli scienziati hanno sviluppato una cella tandem che accoppia due materiali per convertire la luce solare in elettricità. La loro tecnica potrebbe aiutare ad aumentare la quantità di energia generata a costi ragionevoli.
La combinazione di celle solari in silicio perovskite aiuta i ricercatori a raggiungere un’elevata efficienza nella generazione di energia fotovoltaica
I sistemi fotovoltaici, che raccolgono energia sostenibile e pulita dal sole, continuano a espandersi più velocemente di qualsiasi altra fonte di energia rinnovabile grazie a costi sempre più ridotti. Sotto questo aspetto, le celle solari a base di silicio dominano il mercato grazie alla loro elevata efficienza e stabilità a bassi costi di lavorazione. Ma anche altri dispositivi, basati sulla tecnologia perovskite emergente, sono sotto i riflettori. Questa tecnologia sembra particolarmente promettente in quanto potrebbe essere utilizzata per aumentare ulteriormente l’efficienza delle celle di silicio.

Un team di ricercatori parzialmente sostenuto dal progetto CHEOPS, finanziato dall’UE, ha combinato celle a base di silicio e perovskite in una formazione «tandem» per fornire più energia di quanta ciascuna cella potesse gestire da sola. La loro cella solare ha raggiunto un’efficienza del 25,2 %. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista «Nature Materials». Questa ricerca dimostra un processo di deposizione della perovskite adattato che è pienamente compatibile con le celle industriali monocristalline inferiori di silicio esistenti e ha il potenziale per raggiungere «a costi ragionevoli, efficienze di conversione di potenza superiori al 30 %».

Citato in un articolo pubblicato su sito web del progetto , il coautore Quentin Jeangros spiega: «La superficie del silicio è costituita da una serie di piramidi che misurano circa 5 micron, intrappolano la luce e ne impediscono il riflesso. Tuttavia, questa struttura superficiale rende difficile depositare una pellicola sottile omogenea di perovskite».

Quando la perovskite si deposita in forma liquida, come avviene di solito, si accumula nelle valli tra le piramidi lasciando scoperte le cime. Questo porta a cortocircuiti. Gli scienziati dell’École Polytechnique Fédérale di Losanna e del Centro svizzero di elettronica e di microtecnica hanno affrontato questo problema utilizzando metodi di evaporazione per formare uno strato di base inorganico che copre completamente le piramidi prima di depositare i componenti organici della perovskite da una soluzione. Una fase di ricottura a bassa temperatura cristallizza quindi l’assorbitore di perovskite. Le celle solari tandem beneficiano della struttura del silicio, la quale consente una fotocorrente record e di conseguenza alte prestazioni.

Florent Sahli, il primo autore dello studio, aggiunge: «Finora, l’approccio standard per realizzare una cella tandem di perovskite/silicio consisteva nel livellare le piramidi della cella di silicio, riducendone le proprietà ottiche e di conseguenza le prestazioni, prima di depositare la cella di perovskite sopra di essa. Inoltre esso ha aggiunto delle fasi al processo di produzione».

Integrazione in linee di produzione di energia solare esistenti

I processi sviluppati in questa ricerca sono stati progettati per aggiungere solo alcune fasi specifiche alla fabbricazione di celle inferiori di silicio. Pertanto, i produttori di celle di silicio non adotteranno una tecnologia solare completamente nuova quando implementeranno una cella superiore di perovskite. Nonostante la conquista del team, è necessario ulteriore lavoro prima che questa tecnologia possa essere adottata commercialmente, soprattutto per quanto riguarda la stabilità a lungo termine.

Il progetto CHEOPS (Production technology to achieve low Cost and Highly Efficient phOtovoltaic Perovskite Solar cells) in corso mira ad avvicinare al mercato materiali di perovskite fotoattivi, composti sintetici che condividono la struttura cristallina con la perovskite minerale di origine naturale, che prende il nome dal mineralogista russo Lev Perovski.

Come spiegato sul sito web del progetto, «a livello di laboratorio, la conversione di energia da parte dei dispositivi a base di perovskite ha fatto progressi rapidi da allora fino a raggiungere efficienze superiori al 20 %. Tuttavia sono stati effettuati solo pochi tentativi di ampliamento, ottenendo efficienze significativamente ridotte al di sotto del 9 %. Inoltre i dubbi sulla stabilità dei materiali e sull’affidabilità delle procedure di misurazione sono ancora in fase di discussione».

Per maggiori informazioni, consultare:
sito web del progetto CHEOPS

Fonte: Sulla base di informazioni relative al progetto e segnalazioni dei media

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