Le celle solari tandem più avanzate di oggi, composte da una base di silicio e uno strato superiore di perovskite, possono trasformare circa un terzo della luce solare che ricevono in energia elettrica. Questi sono valori record, specialmente per una tecnologia potenzialmente molto economica. Un team presso l’Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sta ora fornendo i dati scientifici e descrive nella rivista Science come è stato raggiunto questo sviluppo.
Il successo delle celle solari tandem
Il team di ricerca HZB
“Questo risultato è stato possibile perché noi dell’HZB abbiamo accumulato competenze sia nella tecnologia delle eterogiunzioni di silicio che nelle celle solari di perovskite e lavoriamo molto strettamente insieme”, afferma il Prof. Dr. Steve Albrecht, che dirige un gruppo di ricerca sulle celle solari tandem di perovskite all’HZB. Ad esempio, gli esperti di perovskite del laboratorio di innovazione HySPRINT e gli esperti di silicio del Centro di competenza PV (PVcomB) hanno già stabilito diversi record mondiali di efficienza per le celle solari tandem.
Il record mondiale di efficienza
La cella solare tandem, ora descritta in dettaglio per la prima volta sulla rivista Science, ha fatto notizia anche a dicembre 2022 quando ha stabilito un nuovo record mondiale di efficienza, convertendo il 32,5% della luce solare incidente in energia elettrica. Questo record mondiale è rimasto fino a metà aprile 2023, quando è stato superato da un gruppo del laboratorio PV presso il centro di ricerca KAUST in Arabia Saudita.
La struttura della cella solare tandem
Il miglioramento della composizione di perovskite
Albrecht e il suo team si sono basati principalmente su un composto di perovskite notevolmente migliorato e una sofisticata modifica della superficie utilizzando una nuova molecola di ioduro di piperazinio sviluppata dai ricercatori post-dottorato Dr. Silvia Mariotti e Dr. Eike Köhnen. Questo ha in gran parte soppresso la ricombinazione di carica e ridotto significativamente le perdite associate.
La misurazione e l’ottimizzazione della cella solare tandem
Utilizzando tecniche di misurazione speciali, i ricercatori sono stati in grado di analizzare i processi fondamentali alle interfacce e nei singoli strati della cella solare tandem in dettaglio e poi ottimizzarli ulteriormente sulla base di una comprensione più profonda. I progressi sono stati quindi combinati e trasferiti alle celle solari tandem, con ulteriori aggiustamenti all’elettrodo superiore per una migliore ottica.
Conclusione
Negli ultimi anni, vari istituti di ricerca e aziende fotovoltaiche in tutto il mondo hanno continuato a migliorare l’efficienza delle celle solari. Gli ultimi due anni in particolare sono stati molto eccitanti: i team dell’HZB hanno raggiunto un valore record di poco inferiore al 30% (29,8%) per le celle solari tandem composte da silicio e perovskite alla fine del 2021. Questo è stato ottenuto introducendo speciali nanostrutture periodiche nelle celle solari. Nel complesso, l’efficienza delle celle solari tandem di silicio/perovskite è ora nel range precedentemente raggiunto solo dai costosi semiconduttori III/V. Le tecnologie per la produzione di tali celle solari tandem sono già disponibili in linea di principio e potenzialmente a basso costo; l’attenzione ora è rivolta a ulteriori miglioramenti nel campo della stabilità in uso esterno.