Un team di ricerca internazionale svela la potenza della passivazione per le celle solari tandem in silicio perovskite
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Un gruppo di ricerca internazionale di scienziati del settore fotovoltaico ha compiuto un passo fondamentale verso l'industrializzazione delle celle solari tandem in silicio perovskite. Hanno dimostrato che la passivazione della cella superiore di perovskite è possibile in combinazione con celle inferiori di silicio testurizzato con grandi dimensioni piramidali, che sono l'attuale standard industriale per le celle solari. Inoltre, hanno scoperto che la passivazione interessa l'intero strato di perovskite - a differenza del silicio, dove il trattamento superficiale influisce solo sugli strati superiori - portando a ulteriori miglioramenti dell'efficienza.
I ricercatori del settore fotovoltaico della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), dell'Università di Friburgo e del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE hanno presentato le loro innovazioni tecnologiche e scientifiche per la passivazione delle celle superiori in perovskite sulla rivista Science.
Le celle solari tandem in silicio perovskite sono costituite da una cella superiore in perovskite e da una cella inferiore in silicio. Rappresentano il prossimo grande progresso tecnologico nel fotovoltaico, dato che lo sviluppo delle celle solari al silicio si sta avvicinando alla massima efficienza fisica del 29,4% per convertire la luce solare in elettricità.
Per la produzione su larga scala di queste celle solari tandem, sarebbe vantaggioso utilizzare una cella solare al silicio standard per la cella inferiore, poiché i loro processi di produzione sono già ben consolidati. Queste celle solari sono testurizzate per aumentare la loro superficie, migliorando l'efficienza, ma questa testurizzazione complica anche la deposizione dello strato di perovskite. Non era ancora stato possibile ottenere una passivazione superficiale di alta qualità della cella superiore di perovskite sulla superficie piramidale.
"Finora non è stato possibile sfruttare appieno una passivazione efficace sulle celle solari tandem in silicio perovskite testurizzato, e i successi precedenti erano in gran parte limitati alle architetture a fronte piatta. Ma ora siamo riusciti a ottenere un'eccellente passivazione depositando il diidroioduro di 1,3-diamminopropano sulla superficie irregolare della perovskite", ha dichiarato il dottor Oussama Er-Raji, autore principale dell'articolo e scienziato del Fraunhofer ISE. Le celle solari tandem passivate hanno raggiunto un'efficienza di conversione del 33,1%, con una tensione a circuito aperto di 2,01 volt.
Gli scienziati hanno anche osservato che la passivazione della cella superiore di perovskite ha migliorato la conduttività e quindi il fattore di riempimento della cella. Hanno dimostrato che questo miglioramento è dovuto a un effetto di campo profondo derivante dalla passivazione. Nelle celle solari al silicio, la passivazione agisce solo in prossimità della superficie, mentre nelle celle solari alla perovskite il trattamento superficiale ha un impatto sull'intero assorbitore, migliorando le sue proprietà di massa.
"Questa realizzazione fornisce una solida base per tutte le future ricerche in questo settore", ha dichiarato il Prof. Stefaan De Wolf, professore di Scienza e Ingegneria dei Materiali e di Fisica Applicata al KAUST. "Migliora la nostra comprensione dei processi che avvengono nella cella superiore durante la conversione della luce in elettricità, consentendo agli scienziati di sfruttare queste conoscenze per sviluppare celle solari tandem migliori".
"La passivazione superficiale delle celle solari non è solo una caratteristica piacevole da avere, ma è un elemento essenziale per la loro efficienza e stabilità", aggiunge il Prof. Stefan Glunz, professore di conversione dell'energia fotovoltaica presso l'Università di Friburgo e direttore della divisione fotovoltaica del Fraunhofer ISE. "Per le attuali celle solari al silicio, la passivazione superficiale è stata la chiave per ottenere alte efficienze nella produzione industriale, ed è incoraggiante che l'industria fotovoltaica possa beneficiare di questi effetti positivi anche per le celle solari tandem al silicio perovskite".
I risultati dei ricercatori si basano sul lavoro svolto nell'ambito del progetto MaNiTU del Fraunhofer lighthouse e dei progetti PrEsto e Perle, entrambi finanziati dal Ministero federale dell'Economia e dell'Energia.
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Pubblicazione originale
Oussama Er-raji, Christoph Messmer, Rakesh R. Pradhan, Oliver Fischer, Vladyslav Hnapovskyi, Sofiia Kosar, Marco Marengo, Mathias List, Jared Faisst, José P. Jurado, ... Udo Schwingenschlögl, Frédéric Laquai, Ahmed A. Said, Juliane Borchert, Patricia S. C. Schulze, Stefaan De Wolf, Stefan W. Glunz; "Electron accumulation across the perovskite layer enhances tandem solar cells with textured silicon"; Science, 2025-9-4
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