Celle solari tandem perovskite-CIGS, prodotto come risultato della collaborazione tra ricercatori lituani e tedeschi, hanno raggiunto un'efficienza del 23,26%, che attualmente è un valore record mondiale in questo tipo di cellule. Uno dei motivi del successo risiede nello strato intermedio di molecole organiche della cellula:si autoassemblano per coprire anche le superfici ruvide dei semiconduttori. I materiali autoassemblanti sono stati sintetizzati presso la Kaunas University of Technology (KTU), Lituania.

Le celle solari tandem di varie configurazioni oggi sono all'ordine del giorno di molti gruppi di ricerca in tutto il mondo. La tecnologia è interessante e promettente, poiché cerca di superare i limiti dell'efficienza delle singole celle. Inoltre, nella produzione di celle solari tandem a film sottile, si possono utilizzare substrati flessibili, che consente soluzioni interessanti per applicazioni tecnologiche e di design contemporanee.

La cella solare tandem progettata dal team di fisici dell'Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), La Germania combina la perovskite e il seleniuro di rame-indio-gallio (CIGS). Gli strati di contatto tra questi due semiconduttori sono costituiti da molecole organiche a base di carbazolo, funzionalizzata con gruppi di acido fosfonico, che si organizzano in quelli che sono noti come monostrati autoassemblati (SAM).

I materiali utilizzati per i SAM sono stati sviluppati dal team di ricercatori della Kaunas University of Technology (KTU), Lituania. I chimici KTU hanno sintetizzato molecole che si assemblano in monostrati, che può coprire uniformemente qualsiasi superficie, comprese le superfici ruvide delle celle solari CIGS.

"Di solito il problema con la fabbricazione dei tandem perovskite-CIGS è la superficie ruvida della cella inferiore, che è difficile da coprire in modo uniforme con i processi convenzionali basati su soluzioni. Il nostro metodo consente di formare lo strato di elettrodo sottile come 1-2 nm, coprendo tutta la superficie. È un processo economico ed efficace:le molecole vengono depositate sulla superficie da soluzioni diluite e si forma lo strato selettivo di spessore molecolare, " spiega Artiom Magomedov, dottorato di ricerca studente presso KTU, uno degli autori dell'invenzione.

I materiali utilizzati sono sorprendentemente semplici e robusti, che consente anche loro di essere scalati fino a livelli industriali.

Il team di chimici della KTU sta studiando da un paio d'anni l'uso delle molecole autoassemblanti per formare lo strato dell'elettrodo. Il materiale, sintetizzato al KTU, è stato applicato nella produzione di una cella solare funzionante con solo un contatto selettivo di spessore monostrato dai fisici HZB. Potrebbero produrre una cella solare tandem monolitica da perovskite e CIGS che ha raggiunto un'efficienza ufficialmente certificata del 23,26%, che attualmente è un valore record mondiale. La cella tandem ha un'area attiva di un centimetro quadrato e raggiunge così un'altra pietra miliare, poiché le celle tandem CIGS perovskite sono state finora significativamente più piccole.

"Le celle solari tandem a film sottile sono il futuro dell'energia solare, in quanto sono più economici e potenzialmente molto più efficienti. I limiti di efficienza degli elementi solari a base di silicio attualmente utilizzati in commercio si stanno saturando. Inoltre, le risorse di silicio stanno diventando scarse ed è sempre più costoso estrarre l'elemento, "dice il professor Vytautas Getautis, il capo del gruppo di ricerca KTU dietro l'invenzione.

Una nuova cella solare tandem da record mondiale è stata presentata all'EU PVSEC, la più grande conferenza e mostra internazionale sull'energia fotovoltaica e solare al mondo, a Marsiglia, Francia l'11 settembre 2019, dal Prof. Steve Albrecht dell'HZB. Per gli strati delle celle sono stati depositati due brevetti.