Celle solari multi-materiali: ricercatori di Toronto creano nuove celle altamente efficienti, stabili e le più per performanti finora costruite.

È stata creata una nuova cella solare altamente efficiente e stabile e con una delle migliori prestazioni finora riportate.

Merito dei ricercatori dell’Università di Toronto Engineering e King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) che sono riusciti a superare un ostacolo chiave nel combinare la tecnologia emergente di raccolta solare delle perovskiti con le celle standard la cui principale tecnologia si basa sull’uso del silicio.

Oggi le celle solari al silicio sono più efficienti e meno costose che mai

afferma il professor Ted Sargent, autore senior del lavoro, che prosegue

Ci sono però limiti a quanto possa essere efficiente il silicio da solo. Siamo pertanto concentrati sul superamento di quest’ultimi usando un approccio tandem (a due strati)

Come il silicio, anche i cristalli di perovskite possono assorbire l’energia solare, usarla per eccitare gli elettroni che possono essere quindi incanalati in un circuito. Ma a differenza del silicio, le perovskiti possono essere miscelate con liquido per creare un “inchiostro solare” che può essere stampato sulle superfici.

L’approccio di produzione basato sull’inchiostro è già ben consolidato nel settore della stampa e quindi potenzialmente si potrebbero ridurre i costi di produzione delle celle solari in questa maniera.

La sfida tecnologica: rendere liscio a livello miocrometrico un wafer di silicio

Inoltre, secondo i ricercatori, l’aggiunta di uno strato di cristalli di perovskite sopra il silicio per creare una cella solare è un ottimo modo per migliorarne le prestazioni. Attualmente si producono fogli sottili di silicio cristallino, chiamati wafer che, sebbene possano apparire lisci, presentano minuscole strutture piramidali alte circa due micrometri.

La superficie irregolare riduce al minimo la quantità di luce che si riflette sulla superficie del silicio e aumenta l’efficienza complessiva, ma rende anche difficile rivestire uno strato uniforme di perovskiti sulla parte superiore.

“La maggior parte delle celle tandem precedenti sono state realizzate lucidando prima la superficie del silicio per renderla liscia, quindi aggiungendo lo strato di perovskite”, afferma Yi Hou, postdoc e autore principale del lavoro che aggiunge: “funziona, ma ha costi aggiuntivi.”

Ma qui arriva l’approccio innovativo semplice ed efficace usato da questo gruppo di ricercatori: aumentare lo spessore dello strato di perovskite, rendendolo abbastanza alto da coprire sia le vette che le valli create dalle strutture piramidali.

Il team ha scoperto che le perovskiti nelle valli hanno generato un campo elettrico che separa gli elettroni generati nello strato di perovskite da quelli generati nello strato di silicio. Questo tipo di separazione delle cariche è vantaggioso perché aumenta le probabilità che cariche eccitate scorrano nel circuito anziché in altre parti della cella.

Il team ha ulteriormente migliorato la separazione delle cariche rivestendo i cristalli di perovskite con uno “strato di passivazione” costituito da 1-butanethiol, un comune prodotto chimico industriale.

Le nuove celle solari hanno raggiunto un’efficienza del 25,7 %

Le celle solari in tandem hanno raggiunto un’efficienza del 25,7 %, come certificato da un laboratorio esterno indipendente (Istituto Fraunhofer per l’energia solare di Friburgo, in Germania).

Questa è tra le massime efficienze mai registrate per questo tipo di design. Inoltre per testarne la stabilità si è misurata la loro resistenza a temperature fino a 85°C per oltre 400 ore. Nonostante queste condizioni estreme non si è registrata una significativa perdita di prestazioni.

Il fatto che possiamo fare tutto questo senza modificare il silicio lo rende una soluzione drop-in: l’industria può applicarlo senza dover apportare costose modifiche ai propri processi esistenti

ha concluso Hou che dichiara anche che il team sta continuando a lavorare per migliorare il design e per arrivare anche a una stabilità fino a 1.000 ore, un punto di riferimento del settore.