Una ricerca internazionale sposta più in alto l’asticella prestazionale nel campo del fotovoltaico in perovskite
La nuova era delle celle solari tandem in perovskite
(Rinnovabili.it) – Nuovi progressi per il fotovoltaico di ultima generazione. Un team di ricercatori dell’Università di Nanchino, in Cina, e dell’Università di Toronto, in Canada, è riuscito a creare delle celle solari tandem in perovskite con un’efficienza di conversione record: un 24,8 per cento che supera qualsiasi altra soluzione esistente basata esclusivamente su questi ossidi di sintesi.
Le tandem cells sono dispositivi a giunzione multipla in cui l’utilizzo di strutture di celle sovrapposte, caratterizzate da semiconduttori con gap energetici differenti, permette di massimizzare l’assorbimento della radiazione solare. Negli ultimi anni la ricerca di settore ha testato la perovskite in combinazione con diversi altri materiali, dal silicio al CIGS. Il team sino-canadese ha voluto, invece, concentrarsi su un’architettura di sole perovskiti. “L’idea iniziale di questo lavoro era quella di realizzare celle solari tandem in perovskite che potessero essere più efficienti di quelle a giunzione singola”, ha spiega Hairen Tan, il principale ricercatore dello studio, a TechXplore.
L’elemento chiave della ricerca – i cui risultati sono stati pubblicati su Nature Energy (testo in inglese) – consiste nell’aver impiegato ossidi con gap di banda differenti: a banda larga (~ 1,8 eV) e a banda stretta (~ 1,2 eV). I primi sono in grado di funzionare a tensioni, frequenze e temperature molto più elevate rispetto ai materiali semiconduttori convenzionali mentre i secondo sono in grado di reagire agli infrarossi.
Per costruire questo nuovo tipo di cella solare, il gruppo ha dovuto trovare un modo per migliorare le prestazioni di ciascuna sottoclasse, integrando sinergicamente le diverse unità fra loro ed evitando che uno dei componenti base delle perovskiti a banda stretta (lo stagno) si ossidasse, intralciando così la diffusione dei portatori di carica.
Per evitare ciò, Tan e i suoi colleghi hanno introdotto un nuovo approccio chimico bastato su una reazione di comproporzione, un’ossidoriduzione dove due specie, contenenti lo stesso elemento ma con diverso stato di ossidazione, formano un prodotto dove l’elemento in questione si trova in uno stato di ossidazione intermedio rispetto a quelli iniziali.
Hanno scoperto così di poter migliorare le prestazioni delle loro celle solari tandem: certificazioni indipendenti hanno mostrato un’efficienza del 24,8 per cento per dispositivi con piccole aree (0,049 cm 2 ) e del 22,1 per cento per dispositivi con grandi aree (1,05 cm 2 ). Inoltre, le celle hanno mantenuto il 90 per cento delle loro prestazioni dopo aver funzionato per oltre 400 ore al loro punto di massima potenza in piena illuminazione solare.
