Energia fotovoltaica: come massimizzarla in vista del futuro

A pochi giorni di distanza due team accademici hanno pubblicato i loro paper per pannelli fotovoltaici con un’efficienza superiore al 22%, economici e duraturi. Andiamo a vedere cosa è stato scoperto e quali saranno le tecniche per aumentare l’efficienza degli impianti fotovoltaici.

Come nella matematica la soluzione a un problema non è mai una sola, allo stesso modo la ricerca nel settore fotovoltaico sta vagliando diverse strade per aumentare l’efficienza delle celle solari.

Massimizzare gli impianti fotovoltaici: la prima scoperta

A pochi giorni di distanza l’uno dall’altro, sono stati pubblicati due studi riguardo strategie per aumentare l’efficienza, sfiorando il 30%. La prima arriva dalla Cina, dove un gruppo di ricerca guidato dal Prof. YE Jichun presso il Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) dell’Accademia cinese delle scienze (CAS) ha sviluppato celle solari monolitiche in perovskite/silicio nero (b-Si, black silicon) ad alte prestazioni con un tunnel contatto passivato di ossido (TOPCon), ottenendo un’efficienza di conversione di potenza certificata (PCE) del 28,2%. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Joule.

I tandem perovskite/silicio vengono visti come una strada molto promettente per aumentare il PCE delle celle solari con un costo relativamente basso, tuttavia ci sono numerosi aspetti che devono essere migliorati. A tal fine il team di ricerca ha sviluppato le prime celle solari tandem monolitiche perovskite/silicio basate su b-Si abbinate a strutture TOPCon e scoperto che la ricostruzione della superficie del b-Si contribuisce a un eccellente compromesso tra la passivazione superficiale di alto livello e l’intrappolamento della luce a banda larga. I punti deboli del tandem perovskite/silicio.

Con una tensione a circuito aperto di 1,80 V, un fattore di riempimento dell’81,8% e una densità di corrente di cortocircuito di 19,2 mA/cm2, le celle solari monolitiche preparate in perovskite/b-Si TOPCon in tandem producono un PCE certificato pari al 28,2% , che è tra i valori più alti ad oggi riportati per questo tipo di celle solari.

Massimizzare gli impianti fotovoltaici: la seconda scoperta

Nella Corea del Sud un team di ricerca affiliato all’UNIST (Ulsan National Institute of Science & Technology), guidato dal professor Kyoung Jin Choi, in collaborazione con il professor Jung-Kun Lee e il suo gruppo di ricerca dell’Università di Pittsburgh negli Stati Uniti, è riuscito a ottenere un’efficienza di conversione di potenza del 23,50% in una cella solare tandem perovskite-silicio costruita con uno speciale film polimerico con rivestimento antiriflesso (ARC) strutturato. Secondo il team di ricerca, il PCE del dispositivo con la pellicola ARC è stato mantenuto per 120 ore al 91% del suo valore iniziale.

La sperimentazione ha dimostrato sistematicamente che una combinazione di nanoparticelle di biossido di silicio (SiO2) e grandi particelle di fosforo può convertire i raggi ultravioletti (UV) in luce visibile e aumentare la trasmittanza diffusa, ovvero la capacità di un materiale di lasciarsi attraversare da una parte della luce incidente, totale della pellicola ARC, riducendo al contempo la riflettaza.

Il PCE del dispositivo con la pellicola ARC è stato mantenuto per 120 ore, mantenendo il 91% del suo valore iniziale, mentre il PCE dei dispositivi esistenti è sceso al 90% della sua efficienza iniziale dopo 5 ore e al 50% dopo 20 ore; anche l’efficienza iniziale della cella solare è aumentata di quasi il 4,5% rispetto alla precedente.

I risultati sono pubblicati sulla rivista scientifica Advanced Functional Materials.