Fotovoltaico da record

Un gruppo di ricerca tutto italiano composto dai ricercatori del centro CHOSE dell’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”, ENEA e dell’ Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) ha messo a punto un’innovativa cella solare tandem in Perovskite e silicio, ottenendo un’efficienza record pari al 26.3%. I risultati di questo studio sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista internazionale Joule/CellPress.

Le celle solari a Perovskite sono la tecnologia principe del fotovoltaico di III generazione, con efficienze certificate attorno al 25%. Uno dei vantaggi legati a questa categoria di dispositivi risiede nella possibilità di depositare i vari strati con tecniche di stampa semplici e a basso costo. Questa versatilità consente la produzione di celle fotovoltaiche a perovskite anche su substrati sia rigidi che flessibili e con pattern definiti dal disegno di stampa. In aggiunta, la Perovskite può essere anche integrata sulle convenzionali celle in silicio cristallino per ottenere strutture tandem in silicio e Perovskite con potenziali efficienze record che superano i limiti fisici e tecnici delle singole tecnologie che le compongono.

Proprio in questo specifico ambito, il team di ricercatori hanno ideato e sviluppato una particolare ed innovativa struttura tandem Perovskite e silicio che, mediante l’introduzione di Grafene negli strati del dispositivo in perovskite, ha prodotto un’efficienza pari al 26.3%, che rappresenta il miglio risultato pubblicato in letteratura.

“La particolarità della struttura tandem da noi studiata e sviluppata è che consente di produrre le due celle in silicio e in Perovskite singolarmente e, una volta massimizzate le loro prestazioni, queste possono essere unite in un’unica struttura compatta a due terminali, composta dalle due celle sovrapposte” spiega il Enrico Lamanna il dottorando del team CHOSE che ha sviluppato il concetto all’interno della sua tesi.

Una cella tandem consiste di due celle solari elettricamente connesse e disposte una sull’altra. Nello specifico, la cella frontale è a base di Perovskite, opportunamente dimensionata per convertire bene la luce blu e verde dello spettro solare. La cella posteriore è a base di silicio, completata da strati sottili di silicio amorfo per convertire efficacemente la luce rossa e infrarossa.

La combinazione dei due materiali Perovskite e silicio, oltre a massimizzare l’assorbimento dei raggi solari, quando esposta al sole produce un’elevata foto-tensione, pari alla somma delle tensioni generate dalle due singole celle: questo vantaggio garantisce una maggiore efficienza rispetto ad una singola cella solare.

Grazie alla tecnica messa a punto dai ricercatori italiani, è possibile preservare i vantaggi delle tecniche di fabbricazione delle singole celle della tandem ad alta efficienza, come la semplicità di realizzazione di film sottili mediante stampa, tipica dei dispositivi a Perovskite, e la produzione di celle in silicio ad eterogiunzione con il silicio amorfo con processi del tutto analoghi a quelli attualmente in uso a livello industriale.

L’elemento chiave per poter migliorare le prestazioni elettriche della cella in Perovskite senza limitarne le proprietà ottiche, come la trasparenza alla luce rossa e infrarossa, è stato l’introduzione di Grafene in uno degli strati adibiti al trasporto di elettroni nella cella. Questo ha portato ad un aumento dell’efficienza anche del dispositivo tandem, garantendo un aumento di efficienza da 24.2% di una cella senza Grafene al 26.3% della cella record.

“Già in passato avevamo sfruttato le straordinarie proprietà del Grafene per migliorare l’efficienza dei dispositivi singola giunzione in Perovskite, migliorando l’estrazione di carica agli elettrodi” commenta il Professor Aldo Di Carlo responsabile del progetto assieme al Dott. Mario Tucci di ENEA, “in questo caso, tuttavia, abbiamo osservato che l’aggiunta di Grafene negli strati adibiti al trasporto di elettroni nel dispositivo in Perovskite consente di non alterarne la trasparenza alla luce rossa ed infrarossa, caratteristica essenziale per una cella frontale di una tandem con il silicio”.

Questo risultato fornisce un’ulteriore strategia per puntare ad un fotovoltaico ad alta efficienza, superiore ai limiti fisici e tecnici legati alla convenzionale tecnologia in silicio cristallino.

A cura dell’Ufficio Stampa di Ateneo