Le recenti sperimentazioni all'EPFL evidenziano il successo delle celle solari tandem, che ora superano il 30% di efficienza, consolidando il loro ruolo come tecnologia chiave per un futuro energetico più sostenibile e efficiente
Le celle solari tandem, che rappresentano uno degli ultimi traguardi nel campo dell’energia solare, stanno mostrando risultati eccezionali. A differenza delle celle solari tradizionali, che non riescono a convertire tutta l’energia luminosa in elettricità, questa innovativa tecnologia potrebbe rivoluzionare il settore. Gli scienziati dell’EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) hanno sviluppato delle celle solari tandem, capaci di raggiungere un’efficienza superiore al 30%. Queste celle, realizzate con materiali innovativi, promettono di trasformare una quantità maggiore di energia luminosa in elettricità.
I pannelli fotovoltaici attuali riescono a trasformare una parte significativa dello spettro luminoso, in particolare la luce rossa e infrarossa del sole. Tuttavia, non sono in grado di convertire i fotoni ad alta energia, limitando così la loro efficienza. Per aumentare il rendimento, gli scienziati dell’EPFL hanno sviluppato delle celle fotovoltaiche a due strati, capaci di convertire una quantità maggiore di energia luminosa.
La parte superiore, realizzata in perovskite, beneficia di una banda proibita ampia (ossia le lunghezze d’onda della luce che il materiale può assorbire e convertire in energia elettrica), permettendo di assorbire efficacemente i fotoni ad alta energia. Lo strato inferiore, invece, è in silicio ed è progettato per convertire la luce rossa e infrarossa, grazie alla sua banda proibita stretta. È importante notare che lo strato superiore in perovskite delle celle è trattato con acido 2,3,4,5,6-pentafluorobenzilfosfonico (pFBPA), il quale risolve i problemi legati al piombo e migliora sia l’efficienza delle celle che il fattore di riempimento.
Il successo delle celle tandem
Dopo i test condotti in condizioni di illuminazione standard, gli scienziati hanno valutato il rendimento di conversione delle celle fotovoltaiche tandem al 30,9%. Questi risultati sono stati certificati da un ente di cui non è stato divulgato il nome. Secondo gli scienziati, l’acido 2,3,4,5,6-pentafluorobenzilfosfonico ha significativamente ottimizzato la capacità di conversione delle celle fotovoltaiche, specialmente se utilizzato con un substrato rivestito di SiO2-NP.
Questo substrato riduce la formazione di buchi d’ago e la resistenza shunt. I buchi d’ago sono piccole imperfezioni che possono formarsi durante la produzione delle celle, e che riducono l’efficienza complessiva del pannello solare. La resistenza shunt, invece, si riferisce a percorsi elettrici indesiderati che possono formarsi all’interno della cella, portando a una perdita di energia. Il substrato di SiO2-NP aiuta quindi a rendere il pannello più efficiente e affidabile.
È interessante notare che lo strato superiore della cella fotovoltaica è composto da un substrato contenente ossido di stagno e indio, nanoparticelle di diossido di silicio, perovskite, buckminsterfullerene (anche noto come “footballene”), acido fosfonico, argento e ossido di zinco e indio. Questi materiali sono scelti per le loro proprietà ottiche e elettriche, che permettono di assorbire e convertire un ampio spettro di luce solare in energia elettrica. In particolare, la perovskite è un materiale che sta guadagnando molto interesse nel campo fotovoltaico per la sua alta efficienza e versatilità.
Nella progettazione delle loro celle tandem, i ricercatori hanno affrontato diverse sfide, tra cui l’ottimizzazione dell’efficienza dello strato inferiore. Per convertire sia i fotoni ad alta energia che la luce rossa e infrarossa, lo strato in perovskite deve essere sufficientemente permeabile. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno sostituito il rivestimento in oro tradizionalmente utilizzato per gli elettrodi con materiali a base di ossidi metallici, che sono conduttori e lasciano passare circa l’80% dell’energia luminosa.
Inoltre, hanno regolato la banda proibita dello strato inferiore per migliorare la capacità di convertire l’energia luminosa in elettricità. L’obiettivo dei ricercatori è stato sviluppare una cella fotovoltaica con un alto rendimento, mantenendo le fasi di produzione industriale già esistenti per ridurre i costi.
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