Il 1° modulo fv flessibile di grandi dimensioni in sola perovskite
Vede la luce il primo modulo fotovoltaico flessibile super efficiente a base di sola perovskite. Lo ha messo a punto l’azienda cinese Renshine Solar in collaborazione con gli scienziati dell’Università di Nanchino e dell’Università di Victoria (Canada). Il team ha impiegato una nuova strategia di fabbricazione scalabile, riuscendo in questo modo a segnare due record mondiali per questa classe di materiali fotovoltaici: un’efficienza di conversione a livello di cella del 27,5% e del 23,0% a livello di modulo.
Quando la ricerca collabora con l’industria
Un risultato reso possibile, spiega l’ateneo cinese, grazie alla proficua collaborazione tra industria e mondo accademico.
“La ricerca di base deve essere affrontata da una prospettiva industriale”, ha sottolineato Tan Hairen, professore presso l’Università di Nanchino e responsabile della ricerca. “Le università sono brave a fare progressi a livello basilare, come i meccanismi molecolari e le proprietà dei materiali, mentre le aziende sono più brave a comprendere le esigenze applicative pratiche, ad esempio la fattibilità industriale e le prestazioni di laboratorio in condizioni ambientali (pressione e temperatura normali). I due aspetti devono ‘risuonare alla stessa frequenza’”.
Modulazione dinamica del solvente
Il lavoro del team si è focalizzato su un innovativo trattamento termico dei film di perovskite umidi, in grado di risolvere uno dei principali colli di bottiglia dei moduli fv flessibili a base di tali semiconduttori.
La fabbricazione di dispositivi su substrati sottili e non rigidi si è a lungo basata su tecniche di spin coating combinate con un processo anti-solvente, che ha reso difficile la produzione di film di perovskite uniformi e di alta qualità. Una pecca che si traduce in efficienze di gran lunga inferiori a quelle delle celle rigide e che appare particolarmente evidente soprattutto con i moduli di grande superficie.
Il gruppo ha sostituito i metodi tradizionali con un processo che consente la modulazione dinamica dell’additivo durante la cristallizzazione. Nel dettaglio, la tecnica introduce dinamicamente additivi nei film di perovskite umidi in condizioni di raffreddamento continuo a gas, controllando con precisione il processo di cristallizzazione.
“Preparare moduli flessibili è come dipingere su una tela ruvida, dove crepe e buchi si formano facilmente con l’evaporazione del solvente. La nostra ricerca è come una ‘riparazione’ del film”, ha affermato Li Manya, primo autore dell’articolo. “Attraverso i canali ionici, possiamo fornire additivi con precisione ai difetti, massimizzando la qualità del film sul substrato flessibile”.
I risultati
Questo metodo permette di ottenere film di perovskite ad ampio bandgap di ben 30 × 40 cm² direttamente su substrato plastico, e in condizioni ambientali. Il risultato è una cella solare con un’efficienza del 27,5% e flessibile che è stata facilmente scalata in un modulo di grandi dimensioni (area 20,26 cm²). Per la precisione, il pannello vanta un’efficienza certificata del 23,0% con un fattore di riempimento del 95,8%.
La ciliegina sulla torta? Il nuovo modulo ha mostrato un’eccellente stabilità meccanica: con un raggio di curvatura di 10 mm (equivalente all’1% di deformazione a trazione), ha superato 10.000 piegamenti mantenendo oltre il 97% della sua efficienza iniziale. Con ottimi risultati anche in termini di stabilità del modulo in condizioni di ciclo termico (da -40 °C a 85 °C), MPPT (inseguimento del punto di massima potenza) e pretrattamento UV.
“Questo approccio può rendere il fotovoltaico flessibile davvero utile, poiché stiamo perseguendo soluzioni basate su obiettivi pratici”, ha sottolineato il Professor Li Yongxi dell’Università di Nanchino, coautore corrispondente dell’articolo.
I risultati del lavoro sono stati descritti nell’articolo “In situ coating strategy for flexible all-perovskite tandem modules”, pubblicato su Nature Photonics.