Cella solare inferiore in silicio e cella solare superiore in perovskite con contatti trasparenti. Credito:Niels van Loon
TNO, TU Eindhoven, imec e TU Delft, partner di Solliance, hanno unito le forze per spingere ulteriormente l'efficienza di conversione delle celle solari tandem oltre i limiti degli odierni moduli fotovoltaici (FV) commerciali. Per la prima volta, i dispositivi tandem perovskite/silicio a quattro terminali con una cella superiore certificata hanno superato la barriera del 30%. Tale alta efficienza consente una maggiore potenza per metro quadrato e un minor costo per kWh. Il risultato è stato presentato durante l'ottava conferenza mondiale sulla conversione dell'energia fotovoltaica (WCPEC-8) a Milano ed è stato ottenuto combinando l'emergente cella solare perovskite con le tecnologie convenzionali delle celle solari al silicio. La cella di perovskite, che presenta contatti trasparenti e fa parte della pila in tandem, è stata certificata in modo indipendente.
Inoltre, il raggiungimento di un'elevata densità di potenza creerà maggiori opportunità per integrare queste celle solari nella costruzione e negli elementi edilizi, in modo che una maggiore superficie esistente possa essere coperta con moduli fotovoltaici. Rompere la barriera del 30% è quindi un grande passo avanti per accelerare la transizione energetica e migliorare la sicurezza energetica riducendo la dipendenza dai combustibili fossili.
Il meglio di entrambi i mondi
I dispositivi tandem possono raggiungere efficienze maggiori rispetto alle celle solari a giunzione singola grazie a un migliore utilizzo dello spettro solare. I tandem attualmente emergenti combinano la tecnologia commerciale del silicio per il dispositivo inferiore con la tecnologia della perovskite:quest'ultima caratterizzata da una conversione altamente efficiente della luce ultravioletta e visibile e un'eccellente trasparenza alla luce del vicino infrarosso.
Nei dispositivi tandem a quattro terminali (4T) le celle superiore e inferiore funzionano indipendentemente l'una dall'altra, il che rende possibile l'applicazione di diverse celle inferiori in questo tipo di dispositivi. La tecnologia PERC commerciale così come le tecnologie premium come l'eterogiunzione o TOPCon o la tecnologia a film sottile come CIGS possono essere implementate in un dispositivo tandem 4T senza quasi nessuna modifica alle celle solari. Inoltre, l'architettura a quattro terminali rende semplice l'implementazione di tandem bifacciali per aumentare ulteriormente la resa energetica.
Ricercatori provenienti da Paesi Bassi e Belgio hanno migliorato con successo l'efficienza delle celle di perovskite semitrasparente fino al 19,7% con un'area di 3x3 mm2 come certificato da ESTI (Italia). "Questo tipo di cella solare presenta un contatto posteriore altamente trasparente che consente a oltre il 93% della luce del vicino infrarosso di raggiungere il dispositivo inferiore. Questa prestazione è stata ottenuta ottimizzando tutti gli strati delle celle solari in perovskite semitrasparente utilizzando simulazioni ottiche ed elettriche avanzate come guida per il lavoro sperimentale in laboratorio", afferma il dott. Mehrdad Najafi del TNO.
"Il dispositivo al silicio è una cella solare a eterogiunzione larga 20x20 mm2 con passivazione superficiale ottimizzata, ossidi conduttivi trasparenti e contatti frontali placcati in Cu per l'estrazione del vettore all'avanguardia", afferma Yifeng Zhao, Ph.D. studente della TU Delft, i cui risultati sono stati recentemente pubblicati in Progress in Photovoltaics:Research and Applications . Il dispositivo di silicio impilato otticamente sotto la perovskite contribuisce con il 10,4% di punti di efficienza alla conversione totale dell'energia solare.
Combinato, il 30,1% è l'efficienza di conversione di questi dispositivi tandem 4T non corrispondenti all'area che funzionano in modo indipendente. La migliore efficienza al mondo viene misurata secondo procedure generalmente accettate.
Futuro di quattro moduli fotovoltaici tandem terminali
Non è tutto:la combinazione di questa cella di perovskite altamente trasparente con altre tecnologie a base di silicio, come il contatto posteriore (celle metalliche avvolgenti e di contatto posteriori interdigitate) e le celle solari TOPCon, ha anche fornito efficienze di conversione vicine al 30%. Ciò dimostra il potenziale delle celle solari in perovskite altamente trasparente e la loro flessibilità per essere combinate con tecnologie già commercializzate.
Queste migliori efficienze mondiali ottenute su una moltitudine di tecnologie esistenti rappresentano un'ulteriore pietra miliare verso la diffusione industriale. "Ora conosciamo gli ingredienti e siamo in grado di controllare gli strati necessari per raggiungere un'efficienza superiore al 30%. Una volta combinati con l'esperienza e le conoscenze di scalabilità raccolte negli anni passati per portare materiali e processi in una vasta area, possiamo concentrarci con il nostro partner industriali per portare questa tecnologia con efficienze oltre il 30% nella produzione di massa", afferma il Prof. Gianluca Coletti, Program Manager Tecnologia e applicazioni fotovoltaiche tandem presso TNO. + Esplora ulteriormente
