Corea del Sud: sviluppata una cella semitrasparente alla perovskite stabile che rende oltre il 21%

I ricercatori del Korea Institute of Energy Research (KIER) hanno sviluppato celle solari semitrasparenti a base di perovskite con un’efficienza di conversione energetica da record, pari al 21,68%, si legge in un comunicato stampa.

Queste celle possono essere facilmente utilizzate come finestre di edifici o con celle solari in tandem e hanno anche dimostrato una maggiore durata rispetto ad altre celle solari a base di perovskite, le celle fotovoltaiche alternative più utilizzate

Le celle solari ad alta efficienza sono necessarie in quanto il mondo sta cercando di eliminare gradualmente la dipendenza dai combustibili fossili per il proprio fabbisogno energetico. Le celle solari utilizzate tradizionalmente hanno un’efficienza di conversione energetica di appena il 24%, il che significa che non possiamo sfruttare l’76% della luce incidente sulle infrastrutture solari esistenti. Una cella monostrato non a base di silicio cristallino che renda il 21% è un risultato eccezionale, anche perché apre la possibilità a celle multistrato a resa elevatissima, o a finestre trasparenti solari

Il team del Dipartimento di Ricerca sul Fotovoltaico, insieme all’Energy AI and Computational Science Lab del KIER, ha combinato questi due approcci per ottenere una cella di perovskite altamente resistente e allo stesso tempo altamente efficiente. la ricerca è stata pubblicata in Advanced Energy Materials.

Realizzare celle solari semitrasparenti

Per realizzare celle solari semitrasparenti, il team ha deciso di sostituire gli elettrodi metallici che rendono opache le celle solari convenzionali con altri trasparenti che permettono alla luce di attraversarli. Sebbene possa sembrare una cosa semplice da fare, queste modifiche hanno un effetto negativo.

Le particelle ad alta energia ricevute dalla cella solare con elettrodi trasparenti provocano il degrado delle prestazioni dello strato di trasporto delle buche. Questo strato è fondamentale in una cella di perovskite perché permette il trasferimento dei fori fotogenerati al circuito esterno.

Per evitare questo degrado delle prestazioni, è stato utilizzato uno strato di ossido metallico come cuscinetto tra lo strato di trasporto delle buche e lo strato di elettrodi trasparenti, che ha causato una riduzione della carica trasportabile e della stabilità del dispositivo.

Il litio in soccorso

Grazie ai contributi del laboratorio di Energy AI e Computational Science, il team è stato in grado di riconoscere la causa del degrado delle prestazioni e di scoprire come il litio potesse contribuire a risolvere il problema.

D>a sinistra: cella solare in perovskvite, cella solare in perovskite trasparente, cella combinata perovskite – silicio

Quando gli ioni di litio vengono introdotti nello strato di intermedio per aumentarne la conduttività, si diffondono anche nello strato di ossido metallico, modificando così la struttura elettronica di quest’ultimo.

Per risolvere questo problema, il team ha scoperto che la conversione degli ioni di litio in ossido di litio impedisce la loro diffusione nello strato di ossido metallico, rendendolo molto più stabile. QUindi si riesce ad avere contatti elettrici ad alta conduzione, ma trasparenti.

Celle solari a base di perovskite da record

I ricercatori hanno scoperto che la cella solare risultante non solo aveva un’energia del 21,68%, la più alta registrata finora in tutte le celle solari trasparenti, ma la stabilità della cella solare è stata anche registrata a 400 ore di conservazione al buio e a più di 240 ore in condizioni operative continue, un’altra prodezza per le celle solari basate sulla perovskite.

Il team ha utilizzato la nuova cella solare come strato superiore in celle solari tandem, consentendo a una cella solare bifacciale di funzionare utilizzando la luce proveniente dalla superficie anteriore e posteriore.

L’efficienza di conversione energetica della cella solare è stata registrata al 31,5% per una cella a quattro terminali, mentre era del 26,4 per una configurazione a due terminali.

“Questo studio rappresenta un significativo passo avanti nel settore, in quanto esamina il processo di degradazione che si verifica all’interfaccia tra il composto organico e lo strato tampone di ossido metallico, che è unico per le celle solari di perovskite semitrasparenti”, ha dichiarato nel comunicato stampa Ahn Sejin, responsabile del progetto presso il Dipartimento di Ricerca sul Fotovoltaico del KIER.

“La nostra soluzione è facilmente implementabile, dimostrando un grande potenziale per l’uso futuro delle tecnologie che abbiamo sviluppato”.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Energy Materials.