Le prime celle solari perovskite-silicio nero monolitiche
(Rinnovabili.it) – Nuova promettente accoppiata per il mondo fotovoltaico. Alcuni ricercatori dell’Accademia cinese delle Scienze hanno messo a punto celle solari monolitiche in perovskite e silicio nero ad alta efficienza.
I tandem perovskite/silicio non rappresentano una novità. Per il settore solare questo mix offre una delle strade più promettenti per aumentare l’efficienza oltre i limiti tecnici del silicio, a costi contenuti. Ma un conto è creare dispositivi tandem a quattro terminali, in cui l’unità superiore e quella inferiore funzionano indipendentemente l’una dall’altra, e un altro è realizzare celle monolitiche dove gli strati del primo semiconduttore sono direttamente collegati a quelli del secondo a livello atomico. Il problema? Come spiegano gli scienziati cinesi su Joule (testo in inglese) “è difficile sistemare la perovskite elaborata in soluzione senza appiattire o ridurre la struttura piramidale delle sottocelle di silicio”. La conseguenza più probabile è che e celle fotovoltaiche così prodotte possano avere difficoltà ad intrappolare la luce o a mantenere alta la qualità senza eccedere nella spesa.
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Per risolvere il problema il team ha messo a punto le prime celle solari perovskite-silicio nero con un contatto passivato (TOPCon).
Il silicio nero non è altro che silicio monocristallino la cui nanostruttura superficiale aghiforme conferisce al materiale una tinta molta scura. Tale struttura, infatti, determina un alto assorbimento della luce incidente. Per la precisione la riflettività del semiconduttore, che di solito è del 20-30% per un’incidenza normale, è ridotta a circa il 5%.
In combinazione con il TOPCon, il silicio nero, spiega l’Accademia in una nota stampa – “contribuisce a un eccellente compromesso tra la passivazione superficiale di alto livello (trattamento che riduce il tasso di ricombinazione delle cariche) e l’intrappolamento della luce a banda larga”. La nanostruttura del silicio nero può anche aumentare significativamente la resistenza all’umidità e guidare la crescita cristallina allineata verticalmente della perovskite attraverso un effetto di nanoconfinamento.
Con una tensione a circuito aperto di 1,80 V e una densità di corrente di cortocircuito di 19,2 mA/cm2, le celle solari perovskite-silicio nero con strutture TOPCon raggiungono un’efficienza certificata del 28,2%, che è tra i valori più alti riportati per i dispositivi tandem monolitici di questa categoria.