Gli scienziati del Fraunhofer ISE hanno realizzato un'unità solare tandem depositando lo strato di perovskite su una cella solare a eterogiunzione in silicio con texture industriale
Industrializzazione del fotovoltaico perovskite-silicio, nuovi progressi
La produzione dei primi pannelli solari tandem perovskite-silicio è ufficialmente iniziata, ma per il mercato appare ancora prematuro parlare di una trend o nicchia tecnologica. Al di là del lavoro apripista condotto da Oxford PV, infatti, il fotovoltaico perovskite-silicio continua ad avere difficoltà ad integrarsi nelle linee produttive esistenti. Il problema principale? Riuscire a industrializzare il metodo di deposizione dello strato di perovskite, ottenendo un prodotto stabile, duraturo nel tempo ed economicamente competitivo.
A livello generale gli esperti di settore ritengono possibile che si arrivi ad una produzione su larga scala nei prossimi dieci anni. Ma diverse ricerche di settore stanno tentando di tagliare i tempi. Una di queste arriva dagli scienziati Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, in Germania. Il gruppo guidato dalla Dott.ssa Juliane Borchert, ha utilizzato un nuovo approccio per produrre una cella solare tandem in perovskite e silicio testurizzato da 1 cm2 e con un’efficienza del 31,6%.
Si tratta di un risultato speciale in quanto lo strato di perovskite superiore è stato depositato direttamente su una cella solare a eterogiunzione in silicio con texture industriale.
Fotovoltaico perovskite-silicio, come funziona?
Il fotovoltaico perovskite-silicio è composto da una cella inferiore in silicio cristallino che converte la parte meno energetica dello spettro solare, e una superiore a base di perovskiti ottmizzate per convertire la parte più energetica dello spettro.
Si tratta di un’accoppiata perfetta sulla carta. Il silicio cristallino è ancora oggi il materiale numero uno nel mercato dell’energia solare, grazie alla sua efficienza, affidabilità e maturità tecnologica. E la perovskite è molto più efficace nell’assorbire la luce e può essere specificatamente “regolata” per utilizzare regioni dello spettro solare ampiamente inaccessibili al fotovoltaico al silicio.
Ma perché tutto ciò si trasformi in un prodotto commerciale di successo i moduli fotovoltaici tandem perovskite-silicio devono mostrare un’efficienza superiore al 32%. Mantenendo i costi di produzione entro un certo limite massimo (stimato in non più del 30% rispetto ai costi del fotovoltaico tradizionale).
Lato efficienza i progressi non mancano: il record di conversione della luce in elettricità per questa tipologia di fotovoltaico va attualmente a Longi che a ottobre 2023 ha presentato una cella solare perovskite-Si da 1 cm2 con un’efficienza del 33,9%.
Aumentare la resa per tagliare i costi
Sul fronte dei costi la gara è ancora aperta. Gli obiettivi principali sono riuscire a deporre la perovskite su silicio testurizzato. Le celle solari industriali in c-Si hanno una struttura superficiale composta da piramidi di dimensioni microscopiche. Questi elementi aiutano a dirigere più luce all’interno della cella solare riducendole perdite di riflessione. L’utilizzo di questo standard industriale come base per le architetture multigiunzione perovskite-silicio porterebbe a rendimenti energetici più elevati e rendere più semplice l’integrazione nei processi di produzione consolidati.
La ricerca del Fraunhofer ISE apre la strada. Gli scienziati hanno realizzato un’unità tandem depositando lo strato di perovskite su una cella solare a eterogiunzione in silicio con texture industriale attraverso un approccio ibrido.
“La superficie piramidale delle celle solari in silicio rappresenta tuttavia una sfida per la seconda sottocella del tandem”, spiega Borchert. “Per poter applicare lo strato di perovskite in modo uniforme su una tale struttura superficiale, è necessario un metodo speciale. Qui stiamo lavorando su un processo ibrido combinato di deposizione da vapore e deposizione chimica umida“.
Il record d’efficienza del fotovoltaico perovskite-silicio testurizzato
Il risultato parla da solo. Il fotovoltaico perovskite-silicio testurizzato del Fraunhofer ISE vanta un’efficienza del 31,6% – certificata dal dal CalLab – che rappresenta il valore più alto mai raggiunto impiegando una cella solare in silicio con struttura industriale.
“Per ottenere questo risultato, ci siamo concentrati sulla cella superiore in perovskite e in particolare abbiamo ottimizzato la passivazione tra lo strato di perovskite e lo strato di trasporto degli elettroni”, aggiunge Borchert. “Prevediamo che ulteriori incrementi di efficienza saranno possibili apportando miglioramenti alla cella inferiore in silicio“.
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