I passi avanti del fotovoltaico silicio-perovskite
(Rinnovabili.it) – Ad un soffio dal traguardo. Ad un soffio da quel 30% di efficienza considerato una pietra miliare per la conversione solare. A lanciarsi verso la meta è il fotovoltaico silicio-perovskite realizzato dai ricercatori dell’Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Il centro tedesco, specializzato nello studio della struttura e della dinamica dei materiali, ha raggiunto in questi giorni il più alto valore di conversione della luce in elettricità per una cella tandem Si-perovskite. Un 29,80%, oggi ufficialmente certificato e registrato nelle classifiche NREL.
L’HZB ha parecchi anni di studio alle spalle sulle nuove generazioni fotovoltaiche. Dal 2015 diversi gruppi di ricerca nel centro hanno lavorato sia sui semiconduttori di perovskite che sulle combinazioni con il silicio. E, nel gennaio 2020, hanno raggiunto il loro primo record mondiale con una cella solare silicio-perovskite dotata di un 29,15% d’efficienza. Un risultato straordinario che ha innescato una gara a livello internazionale e un nuovo primato, stavolta ad opera della società Oxford PV che ha portato la resa al 29,52% prima di Natale 2020.
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“Un’efficienza del 30% è come un limite psicologico per questa nuova affascinante tecnologia. Ma potrebbe rivoluzionare l’industria fotovoltaica nel prossimo futuro”, afferma Steve Albrecht, esperto dei film sottili di perovskite nel laboratorio HySPRINT presso HZB. Il segreto del successo tedesco? “La buona cooperazione tra i vari gruppi e istituti dell’HZB”, spiega Bernd Stannowski, leader del gruppo per la tecnologia al silicio presso il PVcomB del centro. “È così che siamo riusciti a sviluppare una cella solare tandem completamente nuova e a stabilire di nuovo il record mondiale”.
Il fotovoltaico tandem supererà il 30%?
Questo tipo di tecnologia solare utilizza strutture di celle sovrapposte, caratterizzate da gap energetici differenti, per massimizzare l’assorbimento della radiazione solare e dunque la produzione.
Per questo fotovoltaico silicio-perovskite, l’attenzione è stata posta sul miglioramento ottico della cella inferiore a eterogiunzione in silicio. A tale scopo sono stati inseriti un lato anteriore nanotesturizzato e un riflettore posteriore dielettrico.
Il lavoro ha sfruttato prima una simulazione al computer per calcolare la densità della fotocorrente nelle sottocelle per diverse geometrie, con e senza nanostrutture. Quindi i team hanno prodotto celle con diverse trame testando le più funzionali. E aggiungendo un riflettore dielettrico, sono stati in grado di sfruttare in modo più efficiente luce infrarossa, ottenendo una fotocorrente più elevata.
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I risultati parlano da soli. “Le nostre nuove celle solari tandem perovskite-silicio sono state certificate dal Fraunhofer ISE CalLab con un’efficienza record mondiale del 29,80%”, afferma Christiane Becker, esperta di nanostrutture nelle celle solari presso l’HZB. C’è spazio ovviamente per ulteriori miglioramenti. Le simulazioni suggeriscono che le prestazioni potrebbero essere ulteriormente migliorate mediante la nanostrutturazione degli strati assorbenti su entrambi i lati. I ricercatori sono convinti che si possa raggiungere un’efficienza di ben oltre il 30%.
Considerando il 20/100 delle celle al Si si può pensare che il 30/100 sia di per sé un grosso risultato nel FV. Tuttavia bisogna considerare sia la nuova tecnologia annessa, sia il costo dei materiali di base. Nel caso di studio si usa la perowskite che è un minerale piuttosto comune rappresentato dalla formula tipo: BaTiO3 (Titanato di bario) con struttura cubica. Tali materiali sono comuni nell’elettronica moderna ed hanno la caratteristica non comune di trasformare la luce in (buche) h+ ed elettroni e- secondo l’equazione : hn = h+ + e-. Si osserva in questo studio che anche la luce infrarossa (a bassa energia ) può fornire elettroni e quindi corrente elettrica. È da valutare tuttavia ancora tutto il processo produttivo e le insidie tecnologiche in itinere.
Scrivete che i nuovi edifici devono essere Nzeb dal 2030. In realtà l’obbligo per il residenziale è già partito dal 1 gen 2021 e da due anni per edifici pubblici.
Forse la nuova direttiva europea di cui parlate dice qualche altra cosa di nuovo.
Ciao Alex, se ti riferisci all’articolo https://www.rinnovabili.it/greenbuilding/decarbonizzazione-degli-edifici-direttiva-ue/, il testo non riporta in alcun passaggio la dicitura nZEB che significa “Edifici a ENERGIA QUASI zero”, ma tratta invece degli “edifici a ZERO EMISSIONI”. Per quanto possano sembrare concetti molto simili, nella realtà non lo sono.