Moduli solari in perovskite: alta efficienza su una vasta area

I ricercatori del KIT combinano la connessione in serie tramite laser con l’elaborazione sottovuoto di tutti gli strati della cella solare per raggiungere un’efficienza del 16,6% su un’area di oltre 50 cm2

Moduli solari in perovskite
Credits: © copyright by Karlsruher Institut für Technologie Allgemeine Services

Nuovo record mondiale per i moduli solari in perovskite

(Rinnovabili.it) – Dalla cella al modulo senza perdita di efficienza. Questa è una delle principali sfide che attende il fotovoltaico in perovskite per passare dal laboratorio al mercato. Un obiettivo su cui stanno lavorando da tempo anche i ricercatori dell’Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT), in Germania, attraverso la “Taskforce Perovskite Photovoltaics”. E i primi risultati non si sono fatti attendere. Il gruppo, guidato dal dott. Tobias Abzieher, ha prodotto moduli solari in perovskite ad ampia area riducendo quasi a zero le perdite dovuto al ridimensionamento. Un 18 percento di efficienza su un’area di 4 centimetri quadrati e un 16,6 per cento su una superficie di oltre 50 centimetri quadrati.

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In ambito fotovoltaico, i semiconduttori di perovskite rappresentano materiali particolarmente promettenti grazie alla loro disponibilità, alla loro facilità di fabbricazione e all’ottimo assorbimento solare. Proprietà allettanti che hanno spinto la ricerca di settore a dare il massimo per raggiungere in pochissimo tempo gli stessi traguardi costati al silicio parecchi decenni. I prodotti in laboratorio ora raggiungono efficienze di oltre il 25 per cento. Il compito della scienza è ora portare questa alta resa fino alla produzione industriale.

“Una delle sfide principali è trasferire le efficienze ottenute su aree di pochi millimetri quadrati su superfici tipiche dei moduli solari di alcune centinaia di centimetri“, afferma il dott. Abzieher. Queste celle sono unità a film sottile, combinate assieme per formare moduli tramite il cosiddetto collegamento in serie monolitico. A tale scopo, durante la deposizione di ogni singolo strato vengono introdotte delle linee di strutturazione che interconnettono in serie le strisce di celle solari risultanti.

Nel caso dei moduli solari in perovskite, l’upscaling ha finora comportato significative perdite di efficienza. In primo luogo, maggiore è la superficie, più difficile è depositare i singoli strati; in secondo luogo, collegando in serie le celle, si formano delle zone morte tra le strisce. Si tratta di aree che non possono contribuire alla generazione di elettricità, ma sono necessarie a livello strutturale. 

Il team del Karlsruhe è riuscito a ridurre al minimo l’influenza di entrambi i meccanismi di perdita facendo evaporare tutti gli strati dei moduli solari nel vuoto. “I vantaggi della deposizione sottovuoto [..] sono l’immediata controllabilità dei processi, l’esiguo numero di parametri di processo e, in particolare, l’indipendenza del meccanismo di deposizione dalla superficie del rivestimento”, spiega Abzieher. I ricercatori hanno combinato questo processo innovativo con una strutturazione ad alta precisione e una connessione in serie mediante incisione di linee utilizzando un laser. Si tratta della prima volta che un modulo solare in perovskite su larga scala è prodotto senza quasi alcuna perdita di ridimensionamento.

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L’approccio tecnologico ha permesso ai ricercatori di raggiungere un vero e proprio record mondiale. Gli scienziati hanno presentato i loro risultati all’incontro di primavera di quest’anno della Materials Research Society (MRS). “Nonostante l’ampliamento dell’area dei componenti di oltre 500 volte, non si può osservare quasi nessuna perdita di efficienza“, riferisce David Ritzer, che ha sviluppato il circuito laser ad alta precisione. In futuro, i ricercatori lavoreranno per ottimizzare la pila di strati, riducendo ulteriormente le aree morte.

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