Un gruppo di scienziati dell'Università Tecnica della Danimarca si è cimentato in un'impresa mai tentata: realizzare la prima cella a doppia giunzione in silicio e perovskite
Cella solare tandem in selenio-silicio? Si può fare!
(Rinnovabili.it) – Una nuova coppia si affaccia nel mondo del fotovoltaico multigiunzione. Un gruppo di ricercatori dell’Università Tecnica della Danimarca ha creato la prima cella solare tandem in selenio-silicio (Se/Si). Un’unità monolitica integrata i cui primi risultati appaiono abbastanza incoraggianti.
Il Ruolo del Selenio nel Fotovoltaico
Nonostante il selenio sia il materiale fotovoltaico più vecchio al mondo, l’accoppiata con il Si non era mai stata dimostrata. E il motivo è facilmente intuibile. Questo semiconduttore ha debuttato nel campo solare nel lontano 1884, quando l’inventore americano Charles Fritts creò la prima cella fotovoltaica al mondo. Ma da allora ad oggi l’efficienza di tale materiale nel convertire la luce in elettricità ha fatto pochissimi passi avanti. Il valore più alto è stato raggiunto nel 2017 quando alcuni esperti del Centro di Ricerca IBM Thomas J. Watson misero a punto una cella solare in selenio con un’efficienza record del 6,5 per cento.
Tuttavia con la rinnovata attenzione del mondo scientifico alla tecnologia tandem, il Se è stato segnalato come un candidato promettente per uno dei due fotoassorbitori, grazie ad una serie di qualità base. A partire dal suo gap di banda.
La Tecnologia Fotovoltaica a Doppia giunzione
I dispositivi tandem combinano materiali semiconduttori con diversi gap di banda per catturare una porzione più ampia dello spettro e aumentare la produzione elettrica. Solitamente nelle unità a doppia giunzione, si impiega una cella superiore con un gap di banda relativamente ampio per assorbire fotoni ad alta energia, come la luce ultravioletta e visibile, e una cella inferiore con una banda relativamente stretta per raccogliere i fotoni a bassa energia, come quelli del vicino infrarosso.
In questo contesto il silicio è senza dubbio il candidato più maturo e tecnologicamente rilevante per la cella inferiore. Il selenio, invece, ha tutte le caratteristiche giuste per dare corpo alla cella superiore: ha un coefficiente di assorbimento molto elevato nella regione visibile, è stabile, potenzialmente a basso costo e facile da lavorare.
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Le prime Celle Solari Tandem Se-Si
A tentare l’impresa, il gruppo di scienziati della Technical University of Denmark che in questi giorni ha pubblicato i suoi risultati su PRX ENERGY (testo in inglese). Il team ha presentato la prima cella solare tandem in selenio-silicio monoliticamente integrata. I ricercatori hanno esaminato vari materiali di contatto selettivi per il portatore, ottenendo risultati incoraggianti, inclusa una tensione a circuito aperto di Voc di 1,68 V.
“L’elevata tensione a circuito aperto posiziona le celle solari tandem al selenio/silicio come seri contendenti alle tecnologie a giunzione singola dominanti a livello industriale”, si legge nell’abstract. “Inoltre, quantifichiamo uno pseudo fattore di riempimento superiore all’80% utilizzando misurazioni della tensione a circuito aperto dipendenti dal livello di iniezione, indicando che una frazione significativa delle perdite fotovoltaiche può essere attribuita alla resistenza in serie parassita”.
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