Fotovoltaico, addio silicio? Questa cella solare tandem interamente in perovskite ha raggiunto l’efficienza del 28,8%

Un team di scienziati ha sviluppato una cella solare tandem interamente in perovskite, capace di raggiungere un’efficienza del 28,83%. A differenza delle celle tandem tradizionali, che combinano il silicio con un altro semiconduttore, questa innovazione utilizza esclusivamente assorbitori in perovskite stagno-piombo. Per migliorarne la stabilità e le prestazioni, i ricercatori hanno adottato una tecnica innovativa...

Feb 17, 2025 - 18:10

Fotovoltaico, addio silicio? Questa cella solare tandem interamente in perovskite ha raggiunto l’efficienza del 28,8%

Un team di scienziati ha sviluppato una cella solare tandem interamente in perovskite, capace di raggiungere un’efficienza del 28,83%. A differenza delle celle tandem tradizionali, che combinano il silicio con un altro semiconduttore, questa innovazione utilizza esclusivamente assorbitori in perovskite stagno-piombo. Per migliorarne la stabilità e le prestazioni, i ricercatori hanno adottato una tecnica innovativa basata sulla chelazione delle diamine, che crea una barriera protettiva altamente resistente.

Le celle solari tandem più comuni combinano il silicio con un semiconduttore a banda proibita ampia. In questo caso, il gruppo di ricerca ha sviluppato una cella che utilizza solo due strati di assorbitori in perovskite stagno-piombo, uno con banda proibita ampia e l’altro con banda stretta.

Oltre a questi componenti chiave, la cella fotovoltaica include anche acido fosfonico, oro, ossido di nichel, ossido di stagno e indio, oltre al buckminsterfullerene. La presenza della chelazione delle diamine è essenziale per bilanciare il rapporto tra stagno e piombo, migliorando l’efficienza complessiva del dispositivo.

Un rendimento energetico straordinario del 28,83%

Nei test effettuati in condizioni di illuminazione standard, la cella ha mostrato un rendimento del 28,83%. Inoltre, le prestazioni elettriche misurate hanno evidenziato:

Tensione a circuito aperto di 2,19 V
Densità di corrente di cortocircuito pari a 15,59 mA/cm²
Fattore di riempimento dell’83,4%

I ricercatori hanno anche scoperto che questa cella solare in perovskite è in grado di mantenere il 90% delle sue prestazioni per oltre 1.000 ore, senza bisogno di raffreddamento. Un risultato reso possibile proprio dallo strato di diamine, che facilita l’estrazione degli elettroni e riduce le perdite energetiche dovute alla ricombinazione non radiativa.

Oltre a migliorare l’efficienza, questa cella tandem in perovskite offre anche una maggiore protezione e stabilità operativa, grazie alla chelazione delle diamine. Questo trattamento chimico riduce l’ossidazione e forma una barriera particolarmente resistente, paragonabile alla struttura di contatto posteriore delle celle fotovoltaiche in silicio.

Secondo Lei Chen, coautore dello studio, questa scoperta introduce un nuovo meccanismo di passivazione, rendendo le celle in perovskite più robuste e adatte alla produzione su larga scala. Uno dei principali limiti di queste celle è infatti la loro fragilità, che ne ostacola la diffusione commerciale. Questa tecnologia potrebbe rappresentare un passo decisivo verso l’industrializzazione delle celle fotovoltaiche in perovskite, accelerando il loro ingresso nel mercato dell’energia rinnovabile.

Questo progresso tecnologico è il risultato di una collaborazione internazionale tra diverse università e istituti di ricerca. Oltre all’Università di Toronto, il team comprende studiosi dell’Università di Tohoku (Giappone), dell’Università King Abdullah (Arabia Saudita), dell’Università di Toledo, del Lawrence Berkeley National Laboratory, dell’Università del Massachusetts, del Georgia Institute of Technology e dell’Università di Washington.

Altri progressi globali nel settore delle celle tandem

Le innovazioni nel campo delle celle solari tandem non si fermano qui. Dalla Cina arrivano sviluppi significativi, come dimostra la cella tandem perovskite-silicio sviluppata dagli scienziati dell’Università Politecnica del Nord-Ovest di Xi’an, nella provincia dello Shaanxi. Questo dispositivo semi-trasparente a quattro terminali integra un avanzato strato protettivo di ossido di indio (In₂O₃), che non solo migliora l’efficienza complessiva, ma viene anche prodotto con un metodo a basso costo e privo di solventi, rendendo il processo più sostenibile e facilmente scalabile per la produzione industriale.

Anche Academia Sinica, il più prestigioso istituto di ricerca di Taiwan, ha recentemente annunciato un traguardo importante. I suoi ricercatori hanno sviluppato una cella solare tandem perovskite-silicio a due terminali (2T), con un’efficienza di 31,5%. Il team sta già lavorando per migliorare ulteriormente il progetto, con l’obiettivo di ottimizzare la produzione, aumentare la superficie delle celle e migliorare la stabilità dei componenti per una produzione su larga scala.

A livello globale, il primato per l’efficienza delle celle tandem perovskite-silicio è detenuto dall’azienda cinese LONGi, che ha raggiunto il 34,6% di efficienza nel 2023. Poco distante si trova la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Arabia Saudita, che ha annunciato una cella con efficienza del 33,7%.

Secondo gli esperti del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) in Germania, il potenziale massimo teorico per le celle tandem potrebbe arrivare fino al 39,5%. Tuttavia, per superare questa soglia, sarà necessario sviluppare nuove architetture e sostituire alcuni materiali chiave, come il fullerene (C60) per il trasporto degli elettroni e l’ossido di indio-stagno (ITO) per migliorare la trasparenza delle celle.

Il futuro dell’energia rinnovabile si avvicina rapidamente e, con ogni nuovo record di efficienza, facciamo un passo in più verso un sistema energetico globale più pulito, sostenibile e competitivo.

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