Longi Green ha raggiunto un'efficienza di conversione 34,58% nelle celle solari tandem in silicio-perovskite grazie ad un nuovo monostrato autoassemblato (SAM) asimmetrico
Nuovi progressi nel fotovoltaico tandem silicio/perovskite
Nel settore solare, il progresso non si è mai fermato. Al contrario: qui l’innovazione tecnologica procede a colpi di record mondiali che si susseguono in pochissimo tempo. L’ultimo? Quello raggiunto dall’efficienza di conversione del fotovoltaico silicio-perovskite.
Un gruppo di 54 ricercatori, provenienti per lo più dalla LONGi Green Energy Technology, ha settato nuovi parametri da Guinness dei Primati. Per la precisione il team ha migliorato le prestazioni delle celle solari tandem perovskite/silicio lavorando su un componente particolare: il SAM o monostrato auto-assemblato.
Per comprenderne il valore dobbiamo fare una breve digressione.
Cosa sono i SAM?
In pochissimo tempo sia le celle solari a perovskite che le celle solari tandem perovskite/silicio hanno raggiunto efficienze di conversione utili per applicazioni pratiche. Tra i diversi sviluppi che lo hanno reso possibile, va citato l’impiego sempre più diffuso di monostrati autoassemblati (SAM – Self-Assembled Monolayers) come contatti selettivi per le lacune.
Di cosa si tratta? Di molecole costituite generalmente da tre componenti:
- un gruppo di ancoraggio o testa, dotato di un’affinità chimica specifica per un determinato substrato;
- un gruppo distanziatore composto solitamente da una catena di atomi di carbonio;
- un gruppo funzionale o coda, le cui proprietà chimiche determinano le caratteristiche finali della superficie.
Progettando in maniera accurata questi elementi, i SAM possono migliorare le prestazioni della cella solare attraverso la regolazione dell’allineamento dei livelli di energia per un’estrazione di carica più rapida. Oppure modulando l’energia superficiale del substrato per una migliore cristallizzazione della perovskite. Non solo: precedenti ricerche hanno dimostrato che possono formarsi sia in soluzione che tramite evaporazione termica, il che rende possibile la loro scalabilità.
Per ottenere i risultati migliori sono necessari SAM densamente compatti e ordinati, con difetti minimi. E nel caso del fotovoltaico silicio-perovskite devono anche essere in grado coprire in modo uniforme la superficie testurizzata sottostante.
Tuttavia controllare con precisione lo spessore e l’orientamento dei materiali monostrato autoassemblanti si è da subito rivelata un’impresa piuttosto ardua.
Fotovoltaico silicio-perovskite con HTL201
I ricercatori di Longi Green e colleghi hanno determinato una svolta nella ricerca di settore attraverso un approccio innovativo al controllo delle proprietà dei SAM.
Nel dettaglio il gruppo ha progettato e creato un SAM asimmetrico – denominato HTL201 – dotato di gruppo di ancoraggio e distanziatore che fiancheggiano un nucleo di carbazolo. Questa molecola è in grado di formarsi direttamente sullo strato di ossido conduttivo trasparente, che funge da strato ricombinante intermedio tra la perovskite e il silicio.
L’HTL201 crea uno strato protettivo più completo e omogeneo sulla superficie testurizzata, legandosi saldamente allo strato di perovskite sovrastante. Questo forte legame impedisce la ricombinazione di elettroni e lacune, evitando perdite.
Inoltre le proprietà energetiche del nuovo SAM asimmetrico sono perfettamente “sintonizzate” con quelle della perovskite, consentendo una tensione fino a 2 Volt. E un’efficienza di conversione certificata fino al 34,58% dell’unità tandem.
La ricerca “Efficient perovskite/silicon tandem with asymmetric self-assembly molecule” è stata pubblicata su Nature (2025).
