Fotovoltaico perovskite/CIGS, le ultime novità dalla ricerca
Arriva dalla Corea del Sud e più precisamente dal Korea Institute of Energy Research (KIER) il nuovo record mondiale nel settore del fotovoltaico tandem. Un gruppo di scienziati ha realizzato celle solari in perovskite-CIGS leggere con la più alta efficienza di conversione mai raggiunta per questa accoppiata di semiconduttori. Ovvero il 23,64 per cento. Un risultato eccezionale che potrebbe mostrare grandi potenzialità applicative soprattutto nel campo aerospaziale.
Le tecnologie tandem a base di perovskite
Quando si parla di celle solari tandem a base di perovskite, classe di materiali fotovoltaici di ultima generazione, la combinazione più nota è sicuramente quella con il silicio. Questo mix è stato il primo ad essere testato in multigiunzione con le perovskiti sintetiche, sia per via del dominio del silicio a livello industriale, sia per la rapidità dei progressi scientifici.
Oggi questa tecnologia è già arrivata sulle prime linee produttive e vanta un’efficienza in continua crescita. Il valore più alto raggiunto finora? Su ampia superficie (9 cm2) quello della cella fotovoltaica tandem perovskite/Si di 9 cm2 di CEA-3SUN. L’unità vanta un’efficienza di conversione del 30,8%. Ma scendendo di scala (1 cm2) nessuno ha ancora battuto LONGi Solar e il suo 33,9%.
Negli ultimi anni il fotovoltaico multigiunzione a base di perovskiti ha coltivato anche altri interessanti connubi. Alcuni pescando nella sua stessa famiglia. Dal momento che il suo bandgap può essere sintonizzato a priori su lunghezze d’onda differenti, è possibile realizzare celle solari tandem interamente in perovskite (ma con sotto celle ottimizzate per differenti regioni dello spettro luminoso).
Uno degli ultimi matrimoni celebrati in questo campo è con il CIGS, acronimo Copper Indium Gallium Selenide (selenuro di rame, indio e gallio). Questo materiale semiconduttore è impiegato nella realizzazione di film sottili fotovoltaici, leggeri e flessibili.
A livello di cella a singola giunzione l’efficienza più alta mai raggiunta – ben 23,64% – appartiene all’unità creata dall’Università di Uppsala in collaborazione con First Solar European Technology Center a febbraio 2024. Ma mettere assieme questi due materiali insieme non è semplicissimo. Senza contare che alla complessità produttiva si associa anche una resa – per ora – inferiore a quella delle celle solari tandem perovskite/silicio.
Celle solari perovskite-CIGS da record
Per migliorare la producibilità e le prestazioni del fotovoltaico tandem perovskite/CIGS, il team di ricerca del KIER ha sviluppato un nuovo processo per trasferire i sottili film in selenuro di rame, indio e gallio su substrati flessibili e leggeri.
L’approccio sviluppato dagli scienziati prevede la deposizione di uno strato di poliimmide su un substrato di vetro, la fabbricazione della cella solare perovskite/CIGS sopra di esso e la successiva separazione dal vetro.
A differenza dei metodi convenzionali che utilizzano direttamente un film di poliimmide flessibile come substrato, questa strategia sfrutta vetro rigido come supporto, consentendo una fabbricazione più stabile delle celle. E garantendo inoltre una deposizione uniforme degli strati, con conseguenti migliori prestazioni del dispositivo e una maggiore riproducibilità.
“I film di CIGS cresciuti su un substrato in vetro rivestito di poliimmide hanno mostrato grani più grandi e concentrazioni di portatori di carica più elevate rispetto alle loro controparti cresciute su vetro nudo, oltre a una minore ricombinazione di carica”, si legge nella ricerca pubblica su Joule.
Celle solari perovskite-CIGS, elevata densità di potenza
Il dispositivo ha raggiunto un’efficienza di conversione del 23,64%, superando significativamente il precedente record del 18,1% per le celle solari flessibili perovskite-CIGS. Inoltre l’elevata elevata potenza per peso (6,15 W/g) raggiunta rende queste unità ideali per l’integrazione strutturale. Soprattutto a livello aerospaziale
Per verificare la durabilità delle nuove celle fotovoltaiche, il gruppo ha misurato le proprietà meccaniche dei materiali e analizzato lo stress applicato durante la flessione tramite simulazioni. Dopo aver condotto 100.000 cicli di flessione, le unità hanno mantenuto il 97,7% della loro efficienza iniziale.
leggi la ricerca originale “Flexible and lightweight perovskite/Cu(In,Ga)Se2 tandem solar cells” su Joule (2024).