Celle solari con un rendimento del 32,5%. Le prestazioni eccezionali della tecnologia binaria

I ricercatori dell’Università di Tecnologia di Kaunas riferiscono in un nuovo articolo sui miglioramenti delle celle tandem silicio-perovskite. Nella continua ricerca di celle solari più efficienti, il nuovo record più recente pubblicato dall’Università di Kaunas per le celle solari in perovskite tandem è ora al 32,5%.

Il dottor Artiom Magomedov, ricercatore presso l’Università di Tecnologia di Kaunas, in Lituania, ha osservato: “È in corso una sorta di corsa tra i gruppi di ricerca di tutto il mondo. Nell’ultimo anno il record di efficienza delle celle solari è stato battuto tre o quattro volte, è solo la pubblicazione di articoli scientifici che richiede tempo”.
Secondo il dottor Magomedov, coautore di un recente articolo pubblicato sulla rivista scientifica Science, il record più recente pubblicato per le celle solari in perovskite tandem è del 32,5%. L’articolo riporta i miglioramenti apportati alle celle tandem in silicio-perovskite che hanno reso tutto ciò possibile.

Il dottor Magomedov, ricercatore presso l’Università di Tecnologia di Kaunas (KTU), in Lituania, ha spiegato: “Le celle solari tandem hanno più di dieci strati, quindi è tecnologicamente molto impegnativo garantire il loro regolare funzionamento. Lo sviluppo di tali celle solari coinvolge un gran numero di ricercatori. Ad esempio, il nostro gruppo di ricerca è responsabile di uno degli strati, che è costituito da materiali che trasportano fori”.

schema generale di cella a due strati

Nel 2018, un gruppo di chimici della KTU ha sintetizzato un materiale che forma uno strato spesso una molecola, noto anche come monostrato, che copre uniformemente una varietà di superfici. Utilizzando questo materiale sono già state sviluppate diverse celle solari altamente efficienti. Secondo il dottor Magomedov, uno degli autori dell’invenzione, l’innovazione KTU è diventata un luogo comune tra gli scienziati che sviluppano le ultime tecnologie solari.

La produzione di massa delle celle solari di prossima generazione dovrà attendere

Il recente articolo scientifico è la seconda pubblicazione su Science di cui è coautore il dottor Magomedov e funge da seguito al precedente, proponendo una soluzione alla sfida in corso.

“Sebbene i nostri materiali contribuiscano a raggiungere la massima efficienza, è difficile formare un altro strato sopra. Dopo il nostro precedente articolo su Science, abbiamo ricevuto molta attenzione e commenti su come i nostri materiali agiscono in diversi contesti. Nel presente documento mostriamo un modo per affrontare i problemi”, ha affermato il dott. Magomedov.

Maggiori dettagli sul miglioramento proposto dal gruppo di ricerca KTU, che, insieme alle soluzioni sviluppate da altri scienziati in tutto il mondo, ha portato alla costruzione di una cella solare tandem ad altissima efficienza, si trovano nell’articolo scientifico. La cella solare tandem ad altissima efficienza è stata costruita da un gruppo di ricerca guidato dal professor Steve Albrecht dell’Helmholtz-Zentrum di Berlino, in Germania.

Le celle solari al silicio hanno un’efficienza potenziale di picco solo del 29%; il mondo ha bisogno di sempre più fonti energetiche alternative a causa della crisi del cambiamento climatico. Le celle solari tandem sono costituite da due tipi di strati fotoattivi: un elemento solare in perovskite è posizionato sopra il silicio. Lo strato di silicio raccoglie la luce infrarossa, mentre la perovskite raccoglie la luce blu dello spettro visibile, aumentando l’efficienza della cella solare. Tuttavia, secondo il dottor Magomedov, ci vorrà ancora del tempo prima che la nuova generazione di celle solari sostituisca quelle in uso oggi.

“In teoria, l’elettricità prodotta dalle celle solari tandem sarebbe più economica perché i materiali aggiuntivi utilizzati sono più economici. Tuttavia, in pratica, il prodotto commerciale finale non esiste, i processi tecnologici non sono pronti per la produzione di massa. Inoltre, anche la cellula stessa, che finora è stata sviluppata solo in laboratorio, solleva domande senza risposta. Ad esempio, non tutti i materiali sono adatti alla produzione di massa, il che significa che è necessario trovare delle alternative”, ha spiegato Magomedov.
Una delle maggiori sfide finora affrontate nella produzione di queste cellule, dice, è la loro stabilità. Si prevede che le celle solari dureranno 25 anni, durante i quali perderanno il 10% della loro efficienza. Peccato che sia difficile effettuare test che simulino un periodo di tempo così lungo.

Chimici lituani – esperti mondiali in nuovi materiali per celle solari

La sintesi e l’analisi dei materiali chimici per le tecnologie solari è stata l’argomento del dottor Magomedov fin dall’inizio dei suoi studi universitari, quando si unì a un gruppo di ricerca guidato dal professor Vytautas Getautis della KTU. Quando è emersa la necessità di nuovi materiali per le celle solari, i talentuosi chimici hanno utilizzato le loro competenze e si sono affermati nella nicchia che si è aperta, ottenendo riconoscimenti a livello internazionale.

“Siamo probabilmente il gruppo di ricerca più specializzato al mondo”, ha scherzato il dottor Magomedov.

Ha affermato che i buoni risultati sono motivanti, offrono interessanti prospettive di collaborazione e aprono nuove opportunità di ricerca. È fantastico contribuire a una svolta scientifica globale. Inoltre, ha affermato il dottor Magomedov, lo sviluppo delle tecnologie solari è una questione di grande attualità nel contesto del mondo di oggi e le invenzioni possono essere ampiamente applicate.

“In generale, stiamo lavorando con la nuova elettronica con una gamma di applicazioni molto ampia. E, naturalmente, nel tema stesso della tecnologia solare, il problema dello stoccaggio dell’energia solare e delle batterie emerge inevitabilmente”, ha osservato il dott. Magomedov.

Attualmente, un gruppo di ricerca di chimici della KTU guidato dal professor Getautis è coinvolto in un progetto per sviluppare una linea di produzione pilota per celle solari tandem silicio-perovskite e sta cercando modi per applicare i materiali sviluppati ad altre tecnologie, come i diodi emettitori di luce . Parallelamente vengono affrontate anche questioni fondamentali, ad esempio perché i semiconduttori sviluppati in laboratorio funzionano in un certo modo.

La promessa di celle ad alta resa e costo accettabile è una delle più importanti innovazioni attese per il settore delle energie rinnovabili, che potrebbe veramente cambiare l’atteggiamento nei confronti di queste fonti di energia.