Fotovoltaico sottile in perovskite, quanto è efficiente?
C’è un nuovo record (o quasi) nel campo del fotovoltaico in perovskite a giunzione singola. Un gruppo di scienziati in Cina ha spinto più in alto l’efficienza di conversione della luce in elettricità, rinnovando una serie di successi nel campo. Sì perché le celle di fotovoltaico sottile in perovskite realizzate dal professor Xu Jixian e dal suo team presso dall’University of Science and Technology China (USTC), hanno alle spalle altri due primati mondiali. Risultati raggiunti dallo stesso gruppo nel 2022 e nel 2023. E oggi l’asticella si alza fino al 26,7%.
Una eccezione degna di nota
Il valore è riportato nell’ultimo aggiornamento delle Solar Cell Efficiency Tables, pubblicazione scientifica che da quasi 30 anni segue i progressi delle celle e dei moduli solari a livello globale. Il criterio più importante per l’inclusione dei risultati nelle tabelle è che devono essere stati misurati in modo indipendente da un centro di prova riconosciuto.
Il fotovoltaico a film sottile in perovskite dell’USCT è stato inserito nella tabella 2, in cui confluiscono quelle che gli autori della pubblicazione chiamano “eccezioni degne di nota” per celle e sottomoduli a giunzione singola. Cosa significa? Che sebbene i prodotti inseriti presentino prestazioni record, per un motivo o un altro non possono rientrare nel Guinness dei primati ufficiale.
Nel caso del nuovo fotovoltaico cinese il problema sono le dimensioni. Il gruppo ha raggiunto un 26,7% di efficienza su un’area molto piccola. Appena 0,05 centimetri quadrati. Troppo pochi perché questa cella solare in perovskite ad alogenuri di piombo possa essere classificata come un record assoluto. Per rientrare nella classificazione ufficiale (tabella 1 della pubblicazione) l’unità avrebbe dovuto avere una superficie di 1 centimetro quadrato o più.
Un nuovo processo per il fotovoltaico sottile in perovskite
Ma anche così si tratta di un ottimo risultato. “Questo segna il terzo anno consecutivo in cui il team del Prof. Xu ha aggiornato un record mondiale di efficienza […] dopo i risultati del 2022 e del 2023”, scrive l’Ateneo in una nota stampa. “Nel 2023, il team ha stabilito un’innovativa efficienza certificata del 26,1% per la sua cella solare in perovskite invertita, superando il traguardo di efficienza del 26% e rompendo il predominio delle celle solari convenzionali”.
Alla base dei continui successi c’è un fine lavoro sulle tecniche di fabbricazione.
Le celle solari a base di perovskite sono celle di terza generazione che utilizzano materiali ibridi organici-inorganici come strato di assorbimento luminoso. È stato dimostrato che l’orientamento cristallografico della perovskite è uno dei fattori chiave che determinano l’efficienza dei dispositivi fotovoltaici. Secondo quanto riportato in letteratura, le diverse facce cristalline di questi composti hanno proprietà chimiche, fisiche e optoelettroniche diverse.
Un altro fattore chiave che influenza le prestazioni di queste unità con struttura a n-i-p è l’interfaccia sepolta dello strato di perovskite/ossido di stagno. I difetti a questo livello possono, infatti, causare perdite di ricombinazione non radiativa. Riducendo così l’efficienza della conversione fotoelettrica. Nelle ricerche precedenti, le strategie per ottenere simultaneamente l’orientamento cristallografico preferito e una buona interfaccia sepolta si basavano principalmente sull’introduzione di ulteriori strati di passivazione dell’interfaccia, andando però ad aumentare la complessità della fabbricazione.
Il team del professore Xu ha affrontato la sfida sviluppando un metodo di preparazione semplice ed efficace. Il processo sfrutta l’aggiunta di uno speciale ligando bifunzionale alla soluzione del precursore della perovskite. Il composto non solo migliora l’orientamento dei cristalli in crescita ma aiuta anche ad eliminare difetti dall’interfaccia.
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