Fotovoltaico tandem perovskite-silicio, efficiente ed economico

I ricercatori di CU Boulder hanno creato una cella solare a basso costo con una delle più alte efficienze di conversione raggiunte fino ad oggi: il segreto? Un’architettura stratificata e una combinazione unica di elementi.

Fotovoltaico tandem
Credit: Dennis Schroeder / NREL

Un nuovo metodo di produzione low cost permette al fotovoltaico tandem di raggiungere il 25,7% d’efficienza

(Rinnovabili) – “Abbiamo preso un prodotto che è responsabile di un settore da 30 miliardi l’anno e lo abbiamo migliorato del 30%”. Con queste parole Michael McGehee, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica della University of Colorado Boulder, ha presentato gli ultimi progressi per il fotovoltaico tandem perovskite-silicio.

McGehee con alcuni colleghi ha creato una cella solare a basso costo e con una delle più alte efficienze di conversione raggiunte fino ad oggi. L’approccio è quello della multigiuzione, in cui diverse celle solari – ognuna con semiconduttori differenti – sono stratificate l’una sull’altra. Questa tecnologia è riuscita ad arrivare, in alcuni casi, a rese superiori al 45%, ma con l’aumento dell’efficienza sono cresciuti anche i costi. Si è arrivati fino a 80.000 dollari al metro quadrato. Come? Coltivando uno strato atomico alla volta e creando un unico grande cristallo singolo. 

Il lavoro degli scienziati dell’ateneo americano ha cercato di risolvere il problema scegliendo materiali più economici. Il team si è concentrato sulle perovskiti, ossidi di sintesi che costituiscono la grande promessa del settore solare. E che costano quasi cento volte meno del semiconduttore classico.

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In questo contesto, le perovskiti a banda larga potrebbero aumentare l’efficienza delle celle solari al silicio formando celle di fotovoltaico tandem. Di solito però questi ossidi devono essere coltivati su un lato levigato della cella al silicio perché il materiale cresciuto sul lato ruvido è incline alla separazione di fase.

Per limitare la separazione delle fasi, il tema ha impiegato uno strato passivo autolimitante. La loro ricetta segreta prevede anche l’utilizzo di una speciale lega a triplo alogenuro di cloro, bromo e iodio. Questa lega è in grado di aumentare il gap di banda, ossia lo spazio tra i livelli di energia in un semiconduttore, tra cui gli elettroni saltano creando elettricità. 

Il risultato finale è un’unità di fotovoltaico tandem che mostra un’efficenza del 25,7% e perdite trascurabili dopo oltre 400 ore di funzionamento. McGehee è ottimista sul potenziale di questa cella solare a strati di perovskite a banda larga. Non solo ha superato la massima efficienza di un’unità in solo silicio,  ma “siamo convinti che possa portarci oltre il 30% di efficienza rimanendo stabile”.

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