Fonte: solliance.eu
Da sinistra a destra: Yifeng Zhao (TU-Delft), Mehrdad Najafi (TNO), Valerio Zardetto (TNO) e Dong Zhang (TNO) (foto di Niels van Loon)
EINDHOVEN, 26 settembre 2022 – 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 cella superiore certificata superano la barriera del 30 percento. 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 dello stack 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 per cento è quindi un grande passo per accelerare la transizione energetica e migliorare la sicurezza energetica riducendo la dipendenza dai combustibili fossili.
IL MEGLIO DEI DUE 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 consente di applicare 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.
I ricercatori dei Paesi Bassi e del Belgio hanno migliorato con successo l'efficienza delle celle di perovskite semitrasparente fino al 19,7 percento con un'area di 3 × 3 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 dottor Mehrdad Najafi di TNO. "Il dispositivo al silicio è una cella solare a eterogiunzione larga 20 × 20- mm2 con passivazione superficiale ottimizzata, ossidi conduttivi trasparenti e contatti frontali placcati in Cu per l'estrazione del vettore all'avanguardia", afferma il dottorando Yifeng Zhao presso TU Delft, i cui risultati sono stati recentemente sottoposti a revisione paritaria. Il dispositivo di silicio impilato otticamente sotto la perovskite contribuisce con il 10,4% di punti di efficienza alla conversione totale dell'energia solare.
Insieme, il 30,1 percento 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.
IL FUTURO DI QUATTRO MODULI FV TANDEM TERMINALI
Non è tutto, la combinazione di questa cella di perovskite altamente trasparente con altre tecnologie basate sul silicio come il back contact (celle metalliche avvolgenti e interdigitate) e le celle solari TOPCon ha anche fornito efficienze di conversione vicine al 30 percento. Ciò dimostra il potenziale delle celle solari in perovskite altamente trasparenti 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 i livelli 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 percento nella produzione di massa", afferma il Prof. Gianluca Coletti, Program Manager Tecnologia e applicazioni fotovoltaiche tandem presso TNO.
