Un modulo a celle solari che mitiga le perdite da cellula a modulo è stato sviluppato dai ricercatori KAUST in seguito a un ripensamento del design ottico del modulo e di come dovrebbe essere impilato.

I laboratori di ricerca di tutto il mondo stanno lavorando per migliorare costantemente l'efficienza delle celle solari. Ma l'utilizzo di questi dispositivi nel mondo reale rappresenta una sfida in più. Ad esempio, le celle solari devono essere incorporate in moduli in grado di proteggere i materiali sensibili da ambienti difficili. Questi moduli possono ridurre l'efficienza di conversione della potenza, perdendo così i guadagni di prestazioni così diligentemente ottenuti in laboratorio.

Lujia Xu, Stefaan De Wolf ei loro colleghi KAUST hanno costruito un modulo a celle solari più efficiente con un design ottico migliorato. Le celle solari utilizzate dal team erano costituite da una combinazione di due semiconduttori che assorbono la luce:uno in silicio e l'altro in materiale perovskite. Il silicio è ora un materiale consolidato nella produzione di celle solari. E mentre le perovskiti sono un materiale emergente, l'aggiunta di uno strato sottile sopra il silicio ha già dimostrato di migliorare le prestazioni con un aumento accettabile dei costi.

Queste cosiddette celle solari tandem perovskite-silicio hanno precedentemente mostrato efficienze nella conversione di potenza ottica-elettrica fino al 30%. E la modellazione teorica ha indicato che potrebbe arrivare fino al 45%. Ma quando il team KAUST ha inserito le celle solari in tandem in un modulo, ha scoperto che l'efficienza è scesa dal 28,9% al 25,7%. Il loro modulo è stato realizzato inserendo le celle solari tra due lastre di vetro, con l'interno riempito di poliuretano termoplastico per incapsulare le celle solari.

Il team ritiene che la riduzione dell'efficienza sia dovuta a una mancata corrispondenza dell'indice di rifrazione dopo l'introduzione del vetro e del poliuretano direttamente sulle celle solari senza l'ottimizzazione da cellula a modulo, con conseguente aumento della riflessione della luce in ingresso. E così il team ha deciso di ridurre questa perdita di riflessione frontale mediante una riprogettazione ottica del modulo attraverso l'ingegneria dell'indice di rifrazione.

Spostando una pellicola di fluoruro di magnesio dalla parte superiore della cella alla parte superiore del vetro anteriore, hanno ridotto la mancata corrispondenza dell'indice di rifrazione, ottenendo così un efficiente accoppiamento della luce.

"Questa semplice ottimizzazione consente in modo efficace la più alta densità di corrente di cortocircuito, correlata alla corrente massima che può essere assorbita dal dispositivo, riportata nella letteratura per i moduli solari tandem monolitici perovskite/silicio, con conseguente aumento dell'efficienza di conversione della potenza da 25,7 % al 26,2%", afferma Xu. "Ora speriamo di esplorare come materiali diversi e strutturare la superficie del materiale potrebbero ridurre ulteriormente le perdite di corrente dalle celle ai moduli."

Lo studio è pubblicato in ACS Energy Letters . + Esplora ulteriormente

L'aggiunta di un altro strato di fluoruro metallico può migliorare le prestazioni delle celle solari