Fotovoltaico: i pannelli tandem combinati con la perovskite raggiungono un'efficienza record del 34%

Grazie alla ricerca avanzata, è possibile incrementare l'efficienza dei pannelli solari, superando i limiti fisici attuali, grazie alla combinazione tra silicio e perovskiti

Pixabay/Wikimedia Commons

Negli ultimi anni, il costo dei pannelli solari in silicio è calato molto, diventando una parte sempre più piccola del totale speso per costruire un impianto solare. Questo ha reso più conveniente investire in pannelli che trasformano più luce solare in elettricità, perché permettono di ottenere di più dal denaro speso per installarli. Tuttavia, i pannelli in silicio stanno raggiungendo i limiti fisici della loro efficienza. La nostra migliore possibilità di migliorare l’efficienza dei pannelli potrebbe essere quella di combinare il silicio con un altro materiale fotovoltaico.

Attualmente, molte ricerche si concentrano sull’accoppiamento del silicio con materiali chiamati perovskiti. I cristalli di perovskite possono essere sovrapposti al silicio, creando un pannello che assorbe diverse parti dello spettro solare. Inoltre, le perovskiti possono essere prodotte con materiali grezzi abbastanza economici. Purtroppo, è stato difficile realizzare perovskiti che siano sia efficienti sia durature quanto il silicio.

Molti laboratori stanno lavorando per risolvere questo problema, e due di loro hanno riportato progressi importanti, come una combinazione perovskite/silicio che ha raggiunto un’efficienza del 34%.

Ad esempio, l’azienda cinese Longi ha raggiunto un’efficienza record del 34,6% per le celle solari tandem silicio-perovskite. Questo risultato è stato certificato dall’European Solar Test Installation (ESTI), segnando un nuovo traguardo mondiale per questa tipologia di celle.

Come migliorare la stabilità delle perovskiti

Le perovskiti sono una classe di materiali che formano la stessa struttura cristallina, offrendo molta flessibilità nei materiali grezzi utilizzati. I pannelli solari a base di perovskite vengono solitamente creati tramite un processo di soluzione, in cui tutti i materiali grezzi vengono sciolti in un liquido che viene poi applicato sulla superficie del pannello, permettendo la formazione dei cristalli di perovskite. Questo processo, però, tende a formare cristalli con orientamenti diversi, riducendo le prestazioni.

Inoltre, le perovskiti non sono particolarmente stabili. Sono composte da ioni carichi positivamente e negativamente che devono essere presenti nelle giuste proporzioni per formare una perovskite. Questi ioni possono diffondersi nel tempo, distruggendo la struttura cristallina. L’energia solare, che implica l’assorbimento di molta energia, peggiora la situazione riscaldando il materiale e aumentando la diffusione.

Questi fattori riducono l’efficienza delle celle solari a perovskite, che non durano quanto i pannelli di silicio. I nuovi studi affrontano questi problemi da due prospettive diverse.

Il primo studio utilizza la flessibilità delle perovskiti per incorporare vari ioni. I ricercatori hanno usato la teoria funzionale della densità per modellare il comportamento di diverse molecole in un punto normalmente occupato da un ione positivo, concentrandosi su una molecola chiamata “tetraidrotriazinium“. Questa molecola forma interazioni regolari con gli atomi vicini nella struttura cristallina, stabilizzandola. Tuttavia, il tetraidrotriazinium reagisce con molti altri prodotti chimici, rendendo difficile il suo utilizzo come materiale grezzo.

Per risolvere questo problema, i ricercatori in Arabia Saudita e Turchia hanno inserito i materiali grezzi che formano il tetraidrotriazinium nella soluzione di formazione delle perovskiti. In questo modo, la molecola si forma direttamente nel cristallo senza possibilità di reagire con altre sostanze. Questo approccio ha funzionato, producendo perovskiti con un’efficienza del 33-34%, molto vicina al limite massimo del silicio.

Cristalli di perovskite: stabilità e efficienza

Il secondo studio si concentra sul controllo del processo di cristallizzazione, utilizzando un anti-solvente per ridurre la solubilità degli altri prodotti chimici in soluzione. Questo ha permesso di formare cristalli più robusti e con meno difetti. Quando combinati con uno strato fotovoltaico in silicio, questi dispositivi hanno raggiunto un’efficienza del 30-33%.

Sebbene entrambi gli studi abbiano ottenuto significativi miglioramenti in termini di efficienza, la durabilità rimane un problema, soprattutto a temperature elevate. Tuttavia, questi lavori rappresentano progressi importanti verso la creazione di pannelli solari perovskite/silicio commercialmente validi.

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Fonte: Science

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