La ricerca, pubblicata il 4 marzo 2024 sulla rivista Energy Materials and Devices, presenta una cella solare tandem innovativa, dove il seleniuro di antimonio è utilizzato come materiale per la cella inferiore e un materiale perovskitico ibrido organico-inorganico a largo bandgap come cella superiore. Il dispositivo ha mostrato un’efficienza nella conversione dell’energia superiore al 20%, indicando che il seleniuro di antimonio è molto promettente per applicazioni in celle solari di fondo.
La tecnologia fotovoltaica, che sfrutta la luce solare per convertirla in elettricità, è apprezzata per la sua capacità di fornire una fonte di energia pulita e rinnovabile. I ricercatori continuano a lavorare per migliorare l’efficienza di conversione dell’energia in queste celle. Le celle solari tradizionali a giunzione singola hanno raggiunto efficienze superiori al 20%, ma per superare il limite di Shockley-Queisser in tali celle sarebbero necessari costi molto più elevati. Tuttavia, attraverso la fabbricazione di celle solari tandem, è possibile superare questo limite. Le celle solari tandem permettono di ottenere un’efficienza energetica più elevata grazie alla sovrapposizione di materiali fotovoltaici.
Il team di ricerca ha lavorato alla creazione di celle solari tandem utilizzando il seleniuro di antimonio, un semiconduttore che in passato era stato principalmente esplorato per applicazioni in celle a giunzione singola. Tuttavia, dal punto di vista del bandgap, questo semiconduttore si è dimostrato adatto come materiale per la cella di fondo nelle celle solari tandem.
Il professor Tao Chen, del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, ha dichiarato: “Il seleniuro di antimonio è un materiale adatto per la cella di fondo nelle celle solari tandem. Nonostante la sua rarità in tali applicazioni, abbiamo dimostrato il suo potenziale assemblando una cella solare tandem ad alta efficienza.”
La dimostrazione di una cella solare tandem di prova, composta da seleniuro di antimonio e perovskite a largo bandgap come materiali di assorbimento per le subcelle di fondo e di cima, ha raggiunto un’efficienza di conversione dell’energia superiore al 20% ottimizzando l’elettrodo trasparente della cella superiore e il processo di preparazione della cella inferiore.
Il team ha fabbricato celle solari tandem perovskite/seleniuro di antimonio con un elettrodo conduttivo trasparente ottimizzato per una risposta spettrale ideale. Hanno regolato lo spessore dello strato dell’elettrodo trasparente della cella superiore per ottenere un’efficienza elevata, superiore al 17%. Ottimizzando la cella di fondo in seleniuro di antimonio con l’introduzione di un doppio strato di trasporto degli elettroni, hanno raggiunto un’efficienza di conversione dell’energia del 7,58%.
Assemblando meccanicamente le celle di cima e di fondo, hanno creato una cella solare tandem a quattro terminali con un’efficienza superiore al 20,58%, che è più alta rispetto a quella delle subcelle indipendenti. La cella solare tandem dimostra un’eccellente stabilità e utilizza elementi non tossici nella sua composizione.
Guardando al futuro, il team spera di lavorare verso una cella solare tandem a due terminali più integrata e di migliorare ulteriormente le prestazioni del dispositivo. “L’alta stabilità del seleniuro di antimonio offre grandi vantaggi nella preparazione di celle solari tandem a due terminali, il che suggerisce che potrebbe dare buoni risultati quando abbinato a diversi tipi di materiali per la cella superiore,” ha aggiunto Chen.