Un team di ricercatori guidati dalla professoressa Anita Ho-Baillie, titolare della cattedra John Hooke di Nanoscienze presso l'Università di Sydney in Australia, ha stabilito un nuovo record di tecnologia solare per la cella solare tandem al silicio a tripla-perovskite-perovskite-più grande del mondo.
I loro 16 cm2la cella a tripla-giunzione presenta un'efficienza di conversione della potenza-allo stato stazionario del 23,3% (certificazione indipendente), che è la più alta riportata per un dispositivo-di grandi dimensioni del suo genere. La sua squadra ha anche creato un 1 cm2cella con efficienza del 27,06%, che ha stabilito nuovi standard di stabilità termica (vedi video).
La spinta verso miglioramenti in termini di efficienza è guidata da "un margine più ampio per l'efficienza di conversione di potenza-perché il limite di efficienza teorico per una tripla giunzione è di circa il 51%, mentre per una doppia giunzione è di circa il 45%," afferma Ho-Baillie, che è anche affiliato al Net Zero Institute dell'Università di Sydney. "Una singola giunzione è del 33% se il gap di banda della cella solare non è limitato, ma solo del 30% per il silicio."
Le celle solari tandem multigiunzione prevedono l'impilamento di celle solari con diversi intervalli di banda-con il massimo sul lato-rivolto verso il sole-per consentire a ciascuna cella di convertire sezioni dello spettro solare in energia elettrica in modo più efficiente e di ridurre al minimo il sub-intervallo di banda e le perdite di termalizzazione.
"In una cella a due-giunzione, ad esempio, la giunzione superiore con ampio-bandgap converte l'energia fotonica più elevata in energia elettrica e lo fa in modo più efficiente rispetto a una giunzione con bandgap più stretto-che riduce la perdita di termalizzazione", spiega Ho-Baillie. "Il fotone di energia-inferiore passa attraverso la giunzione superiore con ampio-bandgap e verrà assorbito dalla giunzione inferiore con bandagap più stretto per la conversione dell'energia elettrica. Se la giunzione inferiore non era presente, tali fotoni di energia-inferiore provocano una perdita di mancato assorbimento di bandagap inferiore."
Disegni ottici
Per illustrare i progetti ottici coinvolti, le due principali giunzioni di perovskite del team sono interconnesse elettricamente tramite nanoparticelle d'oro. "Abbiamo utilizzato la modellazione ottica per simulare l'effetto della copertura delle nanoparticelle sulla perdita ottica e la modellazione elettrica per simulare il contatto ohmico stabilito dalla nanoparticella", spiega Ho-Baillie. "L'equilibrio viene raggiunto quando è presente un numero sufficiente di nanoparticelle per ridurre al minimo la perdita ottica senza compromettere le prestazioni elettriche."
Il team di Ho-Baillie ha anche migliorato la stabilità e le prestazioni della giunzione della perovskite con ampio gap di banda (1,91-eV) "sostituendo il rubidio con il metilammonio meno stabile nella perovskite e sostituendo il piperazinio-dicloruro (PDCI) con il meno stabile fluoruro di litio come strato passivante superficiale", afferma.
Ho-La tenacia di Baillie nel voler visualizzare l'oro ultrasottile ha davvero dato i suoi frutti. "È necessaria una quantità critica di oro affinché i cluster si formino e diventino prima un film semicontinuo", afferma. "Più oro consentirà la crescita di una pellicola continua. Al di sotto della quantità critica di 'cluster', l'oro sarà sotto forma di nanoparticelle. Ciò che rende interessanti le nostre scoperte è che le pellicole-continue o non continue-non sono necessarie per collegare due giunzioni. Le nanoparticelle, sebbene isolate, sono sufficienti per il contatto ohmico tra le giunzioni per il trasporto verticale del vettore-riducendo al minimo le perdite ottiche."
Cosa significa questo record di efficienza per il settore? "La nostra dimostrazione fornisce informazioni su importanti proprietà dei materiali per futuri miglioramenti dell'efficienza", afferma Ho-Baillie. "L'analisi delle perdite fornisce inoltre consigli per futuri miglioramenti dell'efficienza-sia per dispositivi di piccole- che di grandi-aree. Prossimo: una tripla giunzione del 30%, che spinge verso il 40%."
Il lavoro del team ha coinvolto partner provenienti da Cina, Germania e Slovenia e ha ricevuto il sostegno dell'Agenzia australiana per le energie rinnovabili e dell'Australian Research Council.
