Il fotovoltaico tandem in perovskite incontra il seleniuro di antimonio
Le classiche celle solari a singola giunzione sono ormai vicine al limite Shockley-Queisser, il punto invalicabile che rappresenta l‘efficienza teorica massima di conversione della luce in elettricità. Come andare oltre? Con la tecnologia tandem che permette di “unire” materiali fv diversi per ampliare la porzione di spettro solare utilizzabile. In questo campo uno degli ultimi progressi compiuti arriva dall’Università di Tsinghua, a Pechino. Qui un gruppo di scienziati ha messo a punto un dispositivo fotovoltaico tandem in perovskite con un’impressionante efficienza di conversione. La cella, un’unità a quattro terminali, è infatti capace di trasformare il 20,58% della luce in elettricità.
Il risultato è interessante soprattutto per la scelta dei materiali. Il gruppo ha utilizzato una perovskite ibrida organica-inorganica con ampio gap di banda come materiale della cella superiore e seleniuro di antimonio (Sb2Se3) per la cella inferiore. Il seleniuro di antimonio non rappresenta una novità per il comparto fotovoltaico, ma è raro che venga impiegato in una architettura multigiunzione.
La ricerca passata in materia di Sb2Se3 come semiconduttore solare si è concentrata principalmente sulle applicazioni a giunzione singola. Nella produzione di celle a film sottile ha raggiunto un’efficienza di conversione della luce in elettricità di appena il 9,2% ma ha anche mostrato una capacità particolare: quella di auto-guarigione. Riesce a ricostruire i legami spezzati formandone di nuovi.
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Gli scienziati cinesi sapevano anche che, dal punto di vista del gap di banda (1,05–1,2 eV), questo semiconduttore avrebbe potuto rivelarsi un materiale appropriato per le celle inferiori del fotovoltaico tandem in perovskite. “Il seleniuro di antimonio è un materiale adatto […] Tuttavia finora è stata prestata poca attenzione alla sua applicazione. Abbiamo assemblato una cella solare tandem ad alta efficienza di conversione utilizzandolo come unità di fondo per dimostrarne il potenziale”, ha affermato Tao Chen, professore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l’Università.
I ricercatori hanno, quindi, regolato lo spessore dello strato di elettrodi trasparenti della cella superiore in perovskite per raggiungere un’efficienza del 17,88%. E hanno introdotto un doppio strato di trasporto in quella inferiore in seleniuro di antimonio che a sua volta ha raggiunto un’efficienza del 7,85%. Assemblando meccanicamente le due unità hanno ottenuto un fotovoltaico a quattro terminali con un’efficienza del 20,58% e un’eccellente stabilità. “Questo lavoro – ha affermato Chen – fornisce una nuova struttura tandem e dimostra che il seleniuro di antimonio è un promettente materiale fotovoltaico per applicazioni multigiunzione”. La ricerca è stata pubblicata su Energy Materials and Devices (testo in inglese).