Realizzata una cella fotovoltaica flessibile che rende il 26,5%

I ricercatori della Tokyo City University hanno creato una cella solare tandem altamente efficiente e flessibile.

Il design innovativo, che combina una cella superiore in perovskite invertita semitrasparente con un dispositivo inferiore flessibile in silicio a eterogiunzione (HJT), ha raggiunto un’efficienza di conversione energetica del 26,5%. Secondo i ricercatori, si tratta dell’efficienza di conversione più alta mai registrata per una cella solare tandem flessibile in perovskite-silicio.

“Le celle solari tandem in perovskite/silicio sono una nuova classe di celle solari che hanno recentemente attirato una crescente attenzione grazie alla loro notevole efficienza; tuttavia, esse soffrono intrinsecamente di una perdita di flessibilità“, hanno affermato i ricercatori in un nuovo studio presentato nell’articolo “High-Efficiency Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells with Flexibility,” pubblicato  in Solar RLL.

”In questo studio, abbiamo sviluppato celle solari tandem flessibili in perovskite/silicio fabbricando celle solari in perovskite sopra celle solari in silicio cristallino sottile pieghevoli”.

Testata in condizioni di illuminazione standard, la cella ha anche dimostrato una tensione a circuito aperto di 1,83 V, una densità di corrente di cortocircuito di 17,9 mA/cm² e un fattore di riempimento dell’81%.
Questo sviluppo potrebbe essere vantaggioso per un’ampia gamma di applicazioni, in particolare nel fotovoltaico integrato negli edifici (BIPV) e in altri settori che richiedono soluzioni di energia solare leggere e flessibili.

esempio di HJT solar cell

Ottenere flessibilità nella cella inferiore

Per ottenere la flessibilità della cella, il team di ricerca ha impiegato una tecnica nota come incisione con idrossido di potassio (KOH) per assottigliare significativamente il wafer di silicio della cella HJT inferiore, che di per sé ha un’efficienza del 21,1%.

Questo processo di incisione chimica a umido ha texturizzato il lato posteriore del wafer, mentre il lato anteriore è stato micro-texturizzato e arrotondato. Un film protettivo di nitruro di silicio (SiNx) è stato applicato su entrambi i lati mediante deposizione chimica da vapore (CVD) prima che il wafer fosse tagliato in quadrati di 5 cm e preparato per l’integrazione.

La cella perovskite superiore incorpora diversi materiali avanzati, tra cui un monostrato autoassemblato di MeO-2PACz ([2-(3,6-dimetossi-9H-carbazol-9-il)etil]fosfonico) su un substrato di vetro rivestito di ossido di indio e stagno (ITO).
È dotata di un assorbitore in perovskite con un bandgap energetico di 1,68 eV, uno strato di trasporto degli elettroni in buckminsterfullerene (C60), ossido di stagno (SnO2), un altro strato di ITO, un rivestimento antiriflesso in fluoruro di magnesio (MgF2) e un contatto metallico in argento (Ag).

Secondo Ryosuke Ishikawa, autore corrispondente della ricerca, l’assottigliamento del silicio è fondamentale per creare celle HJT stabili e flessibili, rendendole ideali per applicazioni leggere come il BIPV.

“È possibile fabbricare eterogiunzioni di silicio stabili e flessibili assottigliando il silicio”, ha dichiarato alla rivista pv magazine.

Da Tokio University

Ulteriori ricerche per migliorare l’efficienza

Ora il team di ricerca si sta concentrando sull’ulteriore miglioramento dell’efficienza delle celle tandem. I loro sforzi futuri si concentreranno sul miglioramento dell’adattamento di corrente tra le celle superiore e inferiore, con l’intenzione di esplorare l’applicazione di un’eterogiunzione bifacciale alla cella inferiore e perfezionare la struttura di riflessione posteriore.

“Per migliorare ulteriormente l’efficienza di conversione, la ricerca futura dovrebbe concentrarsi sul miglioramento dell’adattamento di corrente applicando un’eterogiunzione bifacciale alla cella inferiore”, ha affermato il team, come riportato da pv magazine.

Inoltre, i ricercatori intendono condurre valutazioni approfondite delle capacità di flessione e della durata a lungo termine di questa promettente cella solare tandem flessibile.

Questa scoperta potrebbe dare impulso allo sviluppo di tecnologie ad alte prestazioni per l’energia solare, adattabili alle forme di oggetti già esistenti,su cui le nuove celle si adatterebbero. 

In precedenza, i ricercatori del Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) dell’Accademia cinese delle scienze hanno scoperto un nuovo modo per incollare diversi strati di celle solari tandem e hanno raggiunto un’efficienza del 24,6%.

Hanno utilizzato un solvente ad alta polarità per impedire l’aggregazione dell’adsorbimento del monostrato autoassemblato (SAM), che ha separato efficacemente il processo dalla fase di dissoluzione.