Moduli tandem in perovskite, la nuova era è ufficialmente iniziata

Le ultime novità sul mercato fotovoltaico

I moduli fotovoltaici tandem in perovskite continuano a macinare progressi nei laboratori aziendali e delle accademie universitarie. E nonostante la strada da percorrere sia ancora lunga, la prima partita di pannelli fotovoltaici di ultima generazione ha già raggiunto il mercato. Lo ha annunciato Oxford PV, una delle prime realtà impegnatesi a portare il fotovoltaico in perovskite in produzione. Il 5 settembre l’azienda ha spiegato di aver avviato la commercializzazione della sua tecnologia multigiunzione con la prima spedizione di pannelli solari ad un cliente statunitense. Definendo l’operazione “la prima vendita commerciale al mondo” per questo nuovo segmento fotovoltaico.

“La vendita di questa tecnologia è una svolta per l’industria energetica”, ha affermato David Ward, CEO di Oxford PV. “Le tecnologie ad alta efficienza sono il futuro dell’industria solare e questo futuro sta iniziando ora”.

Pannelli solari tandem Perovskite-Si, nuovo record di efficienza

Un passo naturale visto i progressi raggiunti in questi anni da Oxford PV. La società aveva completato la sua prima fabbrica di celle in perovskite-silicio nel 2021, in Germania. Il sito ospita attualmente una linea di produzione con una capacità annuale di circa 100 MW. Nel contempo l’azienda ha continuato a lavorare per migliorare l’efficienza di questa tecnologia a livello di modulo.

L’ultimo grande risultato aziendale è stato raggiunto proprio quest’anno. A giugno 2024 Oxford PV ha fatto sapere che il suo modulo fv residenziale da 60 celle a doppio vetro e con un’area designata di poco più di 1,6 m2, vanta ora un’efficienza del 26,9%. Il valore supera quello dei migliori moduli in silicio attualmente sul mercato e con una simile area designata. L’efficienza è stata misurata in modo indipendente e certificata dal Fraunhofer CalLab.

Celle solari perovskite-silicio, il record CEA-3SUN

Ma, a livello di cella, il vero primato per la tecnologia tandem perovskite-silicio va all’unità creata dagli scienziati dell’istituto di ricerca francese CEA. I ricercatori in collaborazione con 3SUN, la megafactory fotovoltaica siciliana hanno creato una cella solare di 9 cm² con un’efficienza di conversione del 29,8%. Si tratta di un importante livello di sviluppo per l’industrializzazione di questa tecnologia con rese più elevate, su superfici più grandi garantendone l’affidabilità a lungo termine. La maggior parte dei record internazionali riguarda, infatti, superfici di 1 cm².

I primi moduli tandem in perovskite su silicio sono sul mercato

Il primo lotto consegnato sarà, tuttavia, di un altro tipo. Si tratta di pannelli fotovoltaici di ultima generazione da 72 celle, ovviamente sempre composti da unità tandem perovskite su silicio, e con un’efficienza a livello di modulo del 24,5%. “Saranno utilizzati  – si legge in una nota stampa della società – in un’installazione su scala di utilità, riducendo il costo livellato dell’elettricità (LCOE), contribuendo a un uso più efficiente del territorio e generando più elettricità dalla stessa area”.

Nei prossimi anni, Oxford PV prevede di destinare la produzione del proprio stabilimento di Brandeburgo sulla Havel, in Germania, ad altri clienti del settore dei servizi di pubblica utilità, prodotti speciali e applicazioni residenziali pilota. Aumentando nel contempo la produzione a livello di gigawatt in un futuro sito di produzione ad alto volume.

Cosa sono le perovskiti?

Le perovskiti sono una classe di materiali sintetici simili nella struttura cristallina al minerale perovskite. Quest’ultimo è composto da ossido di calcio e titanio (CaTiO₃) e la sua formula chimica rappresenta la chiave identificativa per tutto il gruppo di perovskiti sintetiche. Nel dettaglio ABX₃ è la formula generale in cui rientra questa classe di materiali in cui:

• A è uno catione (ione positivo) organico monovalente, come il metilammonio (CH3NH3⁺) o un catione inorganico, come il cesio (Cs⁺);
• B è un catione metallico bivalente, come ad esempio Piombo (Pb²⁺) o Stagno (Sn²⁺); 
• X è uno ione caricato negativamente, come ad esempio Iodio (I^–), Bromo (Br^–) o il Cloro (CI^–).

L’attenzione nei confronti della perovskite come materiale fotovoltaico è iniziata dal 2009 quando un gruppo di ricercatori giapponesi ha creato la prima cella solare con un’efficienza di conversione del 3-4%.

Pannelli fotovoltaici di ultima generazione in perovskite: i vantaggi

Le qualità intrinseche di questa classe di semiconduttori (si tratta di una famiglia di materiali sintetici e non del minerale perovskite) ne hanno fatto un campo di ricerca particolarmente allettante. I vantaggi? Le maggiori proprietà di assorbimento ottico unitamente all’elevata  mobilità e lunghezza di diffusione dei portatori di carica. Non solo. Le perovskiti possono essere regolate per rispondere a diversi colori nello spettro solare modificando la composizione del materiale. Questa flessibilità consente alle perovskiti di essere combinate anche con un altro materiale fotovoltaico assorbitore per realizzare architetture tandem multigiunzione.

Tuttavia, rispetto al silicio, questi materiali soffrono di una maggiore sensibilità all’umidità,  all’ossigeno o al calore. Per aumentare la stabilità, i ricercatori stanno studiando la degradazione sia nel materiale in perovskite stesso che negli strati del dispositivo circostante.

Celle solari in perovskite a singola giunzione, qual è l’efficienza attuale?

In pochissimo tempo il fotovoltaico in perovskite ha raggiunto prestazioni che avevano richiesto diversi decenni al fotovoltaico in silicio. Basti pensare che nel 2009 una ricerca di settore aveva segnalato d’aver raggiunto un 3,81% e 3,13% di efficienza di conversione con due celle solari in perovskite utilizzando rispettivamente iodio (I) e bromo (Br) come materiali alogenuri. Nel 2019 l’efficienza era già lievita fino al 22,1%. Oggi il miglior risultato per la tecnologia singola giunzione è quello raggiunto dalla Northwest University: una cella solare in perovskite da 0,05 cm2 altamente stabile e con un’efficienza di conversione del 26,15% (dato certificato dal NREL).

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