Gli scienziati dei materiali della UCLA Samueli School of Engineering hanno sviluppato una cella solare a film sottile altamente efficiente che genera più energia dalla luce solare rispetto ai tipici pannelli solari, grazie al suo design a doppio strato.

Il dispositivo è realizzato spruzzando un sottile strato di perovskite, un composto economico di piombo e iodio che si è dimostrato molto efficiente nel catturare l'energia dalla luce solare, su una cella solare disponibile in commercio. La cella solare che costituisce lo strato inferiore del dispositivo è costituita da un composto di rame, indio, gallio e seleniuro, o CIGS.

La nuova cella del team converte il 22,4% dell'energia in entrata dal sole, un record nell'efficienza di conversione di potenza per una cella solare tandem perovskite-CIGS. Le prestazioni sono state confermate in test indipendenti presso il National Renewable Energy Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. (Il record precedente, impostato nel 2015 da un gruppo presso il Thomas J. Watson Research Center di IBM, era del 10,9 percento.) Il tasso di efficienza del dispositivo UCLA è simile a quello delle celle solari in polisilicio che attualmente dominano il mercato del fotovoltaico.

La ricerca, che è stato pubblicato oggi in Scienza , era guidato da Yang Yang, Carol dell'UCLA e Lawrence E. Tannas Jr. Professore di Scienza dei Materiali.

"Con il nostro design di celle solari in tandem, stiamo attingendo energia da due parti distinte dello spettro solare sulla stessa area del dispositivo, " Yang ha detto. "Questo aumenta la quantità di energia generata dalla luce solare rispetto al solo strato CIGS".

Yang ha aggiunto che la tecnica di spruzzatura su uno strato di perovskite potrebbe essere facilmente ed economicamente incorporata nei processi di produzione di celle solari esistenti.

Lo strato di base CIGS della cellula, che ha uno spessore di circa 2 micron (o due millesimi di millimetro), assorbe la luce solare e genera da sola energia a un tasso di efficienza del 18,7%, ma l'aggiunta dello strato di perovskite dello spessore di 1 micron ne migliora l'efficienza, proprio come l'aggiunta di un turbocompressore al motore di un'auto può migliorarne le prestazioni. I due strati sono uniti da un'interfaccia su nanoscala progettata dai ricercatori dell'UCLA; l'interfaccia aiuta a dare al dispositivo una tensione più alta, che aumenta la quantità di energia che può esportare.

E l'intero gruppo si trova su un substrato di vetro spesso circa 2 millimetri.

"La nostra tecnologia ha potenziato le prestazioni delle celle solari CIGS esistenti di quasi il 20% rispetto alle prestazioni originali, " Yang ha detto. "Ciò significa una riduzione del 20 per cento dei costi energetici".

Ha aggiunto che i dispositivi che utilizzano il design a due strati potrebbero alla fine avvicinarsi al 30% di efficienza di conversione della potenza. Questo sarà il prossimo obiettivo del gruppo di ricerca.