Un gruppo di ingegneri in Cina ha tagliato un nuovo traguardo in ambito fotovoltaico realizzando una cella solare a doppia giunzione interamente in perovskite con un'efficienza di conversione del 28,49%
Arriva dalla Cina un nuovo progresso in ambito fotovoltaico. Un gruppo di ingegneri della Huazhong University of Science and Technology ha creato una cella solare tandem interamente in perovskite con la più alta efficienza di conversione della categoria. Ben 28,49 per cento (valore testato in modo indipendente). Non solo. L’unità ha mostrato anche una buona resa in termini di operatività continuando a funzionare ad alti livelli anche dopo 550 ore di attività.
Il limite di Shockley-Queisser per il fotovoltaico in perovskite
Negli ultimi dieci anni le celle fotovoltaiche in perovskite hanno compiuto notevoli passi avanti, raggiungendo un’efficienza di conversione del 26,7% nell’architettura a giunzione singola. Tuttavia, mentre gli sforzi per aumentare le prestazioni in questo segmento continuano, c’è già chi sta cercando un modo per superare il limite di Shockley-Queisser.
Chiamato anche limite di efficienza radiativa, tale fattore indica la massima efficienza teorica raggiungibile da una cella solare che utilizza una singola giunzione pn per raccogliere energia e in cui l’unico meccanismo di perdita è la ricombinazione radiativa. Per le celle solari in perovskite si stima che tale limite sia circa il 31%.
Le celle solari multigiunzione
Un modo per andare oltre tale “vincolo” è sicuramente la tecnologia multigiunzione che impiega due o più materiali fotovoltaici diversi con con differenti bandgap. Di norma in un’architettura monolitica, le celle solari in cima allo stack tandem hanno un ampio bandgap e convertono la luce UV e blu in elettricità, mentre quelle inferiori hanno bandgap più piccoli e convertono la luce rossa e IR. Questo accoppiamento consente di raggiungere efficienze di conversione molto più elevate della giunzione singola.
In questo campo le perovskiti possiedono una sorta di vantaggio: a differenza di altri semiconduttori fotovoltaici, il loro bandgap può essere sintonizzato a priori su lunghezze d’onda differenti. Quindi è possibile realizzare celle solari tandem interamente in perovskite ma con sottocelle ottimizzate ognuna per una specifica regione dello spettro.
Il problema principale? I difetti superficiali indotti dalla perdita di ricombinazione non radiativa nei film di perovskite a bandgap più piccolo ostacolano l’efficienza.
Una cella solare tandem in perovskite da record
A dare slancio alla ricerca di settore arriva il nuovo studio della Huazhong University of Science and Technology. Qui, un gruppo di scienziati ha sviluppato una tecnica che riduce i difetti superficiali nel film di perovskite. Nel dettaglio il gruppo ha impiegato un agente lucidante superficiale, 1,4-butandiammina, insieme a un passivatore di superficie, diioduro di etilendiammonio, per eliminare o sopprimere tali difetti. Ciò ha consentito di migliorare il trasporto dei portatori di carica e ridurre le perdite di energia non radiative.
Il team ha creato due sottocelle solari in perovskite con bandgap di 1,32 e 1,25 eV che hanno mostrato rispettivamente efficienze di conversione di potenza del 22,65% e del 23,32%. La cella solare tandem a due giunzione ha raggiunto invece una efficienza conversione certificata del 28,49%. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications (testo in inglese).
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