Efficienza del 30% ottenuta con celle tandem fotovoltaiche in silicio perovskite a quattro terminali

Posted On: Novembre 8, 2022

TNO, Eindhoven University of Technology, imec e TU Delft – partner di Solliance – hanno unito le forze per aumentare ulteriormente l’efficienza di conversione delle celle solari tandem oltre i limiti degli attuali moduli fotovoltaici (FV) commerciali. I tandem perovskite/silicio a quattro terminali, con la cella superiore certificata, rompono per la prima volta la barriera del 30%. Tale alta efficienza consente di realizzare più potenza per m2 e minori costi per kWh.

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 più superfici esistenti possano essere coperte con moduli fotovoltaici. Superare la barriera del 30% è quindi un passo importante per accelerare la transizione energetica e migliorare la sicurezza energetica, poiché riduce la nostra dipendenza dai combustibili fossili.

Il risultato è stato presentato all’ottava conferenza mondiale sulla conversione dell’energia fotovoltaica (WCPEC-8) a Milano ed è stato ottenuto combinando la tecnologia emergente delle celle solari in perovskite con la tecnologia convenzionale delle celle solari al silicio. La cella di perovskite che ha contatti trasparenti e forma il tandem impilato è stata certificata in modo indipendente.

Il meglio dei due mondi

È possibile ottenere efficienze maggiori con i tandem rispetto alle singole celle solari; dopo tutto, lo spettro solare viene utilizzato al meglio. I tandem emergenti combinano la tecnologia commerciale del silicio per il modulo inferiore con la tecnologia perovskite nella parte superiore: quest’ultima offre una conversione altamente efficiente della luce ultravioletta e visibile e un’eccellente trasparenza per la luce del vicino infrarosso. In tandem a quattro terminali (4T: quattro contatti elettrici), le celle superiore e inferiore funzionano indipendentemente l’una dall’altra, consentendo l’utilizzo di diverse celle inferiori in questo tipo di modulo. La tecnologia PERC commerciale e le tecnologie di fascia alta come l’eterogiunzione, TOPCon o la tecnologia a film sottile come CIGS possono essere applicate in un tandem 4T senza modifiche significative delle celle solari. Inoltre, l’architettura a quattro terminali facilita l’implementazione di tandem bifacciali (sensori di luce su entrambi i lati), che aumenta ulteriormente l’efficienza energetica.

Ricercatori provenienti da Paesi Bassi e Belgio sono riusciti a migliorare l’efficienza delle celle di perovskite semitrasparente al 19,7% con una superficie di 3×3 mm2 e hanno ottenuto la certificazione di questo valore da ISPRA (Italia). “Questo tipo di cella solare ha un contatto posteriore altamente trasparente che consente a oltre il 93% della luce del vicino infrarosso di raggiungere il modulo inferiore. Questo risultato è stato ottenuto ottimizzando in primo luogo tutti gli strati delle celle solari in perovskite semitrasparente utilizzando simulazioni ottiche ed elettriche avanzate, come linea guida per il lavoro sperimentale in laboratorio”, spiega Mehrdad Najafi di TNO. “Il modulo in silicio è una cella solare a eterogiunzione di 20 x 20 mm2 con passivazione superficiale ottimizzata, ossidi conduttivi trasparenti e contatti frontali placcati in rame per una conduzione di carica elettrica all’avanguardia”, ha affermato Yifeng Zhao, dottorando presso la TU Delft. , i cui risultati di recente peer-reviewed essere. Il modulo di silicio otticamente sotto la perovskite contribuisce con il 10,4% di punti di efficienza alla conversione totale dell’energia solare. Insieme, l’efficienza di conversione di questi tandem 4T “non accoppiati alla superficie”, che operano in modo indipendente, è del 30,1%. Questa migliore performance al mondo è stata misurata secondo criteri generalmente accettati procedure.

Il futuro dei moduli fotovoltaici tandem a quattro terminali

Ma non è tutto. La combinazione di questa cella di perovskite altamente trasparente con altre tecnologie a base di silicio come le celle a contatto posteriore e le celle solari TOPCon ha prodotto anche valori di efficienza di conversione che si avvicinano al 30%. Ciò dimostra il potenziale di queste celle solari in perovskite flessibili e altamente trasparenti di essere combinate con una varietà di tecnologie già commercializzate.

Questi valori di efficienza leader a livello mondiale, raggiunti combinando un gran numero di tecnologie consolidate, rappresentano un altro passo verso l’applicazione industriale. “Ora conosciamo gli ingredienti e possiamo controllare la stratificazione necessaria per ottenere un’efficacia superiore al 30%. Insieme alle competenze e alle conoscenze di scalabilità che abbiamo acquisito negli ultimi anni per applicare materiali e processi su larga scala, possiamo concentrarci con i nostri partner industriali sulla produzione in serie di questa tecnologia con un’efficienza superiore al 30%”, ha affermato Gianluca Coletti, Tandem Technology & Application Program Manager presso TNO.