Gli scienziati dell’Università Nazionale di Singapore hanno sviluppato una nuova cella fotovoltaica in perovskite/Si a tripla giunzione in grado di raggiungere un’efficienza del 27,1% su un’area di assorbimento di un cm2
Un pizzico di cianato dà una spinta alle perovskiti
(Rinnovabili.it) – Per il fotovoltaico multigiunzione è tempo di nuovi record. A far parlare di sé è stavolta l’Università Nazionale di Singapore (NUS), dove un gruppo di ricercatori ha creato celle solari tandem a tripla giunzione in perovskite e silicio con il più alto livello di efficienza mai raggiunto. Un 27,1 per cento certificato anche da un laboratorio indipendente. Per raggiungere questo valore, il team ha progettato e inserito nell’architettura tandem una nuova cella in perovskite integrata con cianato, un anione con proprietà chimiche simili a quelle degli alogenuri.
“Sorprendentemente, dopo 15 anni di ricerca in corso nel campo delle celle solari a base di perovskite, questo lavoro costituisce la prima prova sperimentale dell’inclusione del cianato nelle perovskiti per aumentare la stabilità della sua struttura e migliorare l’efficienza di conversione dell’energia”, ha affermato il Prof. Hou Yi che ha guidato il gruppo dell’NUS.
Celle solari tandem a tripla giunzione, un potenziale enorme
Dopo i risultati raggiunti nel campo della doppia giunzione, le celle solari tandem a tripla giunzione rappresentano la nuova frontiera. E il perché è tutto nei numeri. Per l’accoppiata silicio-perovskiti si stima un’efficienza teorica di oltre il 50%. In altre parole, sulla carta questa tecnologia sarebbe in grado di convertire metà della luce incidente in elettricità senza bisogno di concentratori.
Tuttavia trasformare la teoria in realtà resta un’impresa. Una delle sfide più impegnative in questo segmento è riuscire a ridurre al minimo la perdita di tensione quando il gap di banda della perovskite viene aumentato oltre 1,90 eV per l’uso nella tripla giunzione. Ma anche scalare i risultati senza compromettere l’efficienza e la stabilità appare arduo.
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La nuova cella solare dell’NSU
Gli scienziati del NSU in collaborazione con i colleghi del Solar Energy Research Institute di Singapore (SERIS) hanno risolto il primo problema sperimentando il cianato, un nuovo pseudoalogenuro, come sostituto del bromuro, uno ione del gruppo degli alogenuri comunemente usato nelle perovskiti di sintesi. I test hanno mostrato che le celle fotovoltaiche a base di perovskite con cianato possono raggiungere una tensione più elevata di 1,422 volt rispetto ai 1,357 volt di quelle convenzionali, con una significativa riduzione della perdita di energia.
I ricercatori l’hanno messa alla prova facendola funzionare continuamente alla massima potenza per 300 ore in condizioni controllate. L’esperimento non ha intaccato la sua stabilità e la cella ha dimostrato di conservare ancora più del 96% della sua efficienza iniziale.
Incoraggiato dalle prestazioni ottenute, il gruppo ha portato la propria scoperta al passo successivo, utilizzandola per assemblare una cella solare tandem a tripla giunzione perovskite/Si. I ricercatori hanno dapprima impilato una “tradizionale” unità in perovskite e una in silicio per creare una semicella a doppia giunzione; quindi hanno collegato la semicella alla nuova cella in perovskite integrata con cianato. Ottenendo così l’efficienza record del 27,62% (certificata 27,10%) su un’area di assorbimento a solare di 1 cm quadrato. Guardando al futuro, il team mira a estendere questa tecnologia a moduli più grandi senza compromettere l’efficienza o la stabilità. La ricerca futura si concentrerà sulle innovazioni nelle interfacce e nella composizione della perovskite. La loro scoperta rivoluzionaria è stata pubblicata su Nature.
