Record di efficienza per i pannelli solari in perovskite: migliorano quelli esistenti, senza incidere sui costi

Un gruppo di ricerca dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ha raggiunto un nuovo traguardo nel settore del fotovoltaico avanzato. Le celle solari a tripla giunzione di perovskite-silicio hanno toccato un’efficienza certificata del 30,02% su un’area attiva di 1 cm², con un incremento di 2,92 punti percentuali rispetto al precedente record.

Il risultato, validato in modo indipendente, rappresenta un progresso rilevante per una tecnologia che punta a superare nel tempo il limite teorico del 40% di efficienza. L’architettura sviluppata integra una cella inferiore in silicio con due strati superiori in perovskite depositati come film sottili, una configurazione che consente di sfruttare diverse porzioni dello spettro solare.

Uno degli aspetti più significativi riguarda la tensione a circuito aperto (Voc) della cella superiore. Grazie all’introduzione di un additivo specifico, la 4-idrossibenzilammina, i ricercatori hanno ridotto i difetti nei cristalli di perovskite. Questo intervento ha portato la tensione fino a 1,4 V, un valore vicino al limite teorico per questo materiale.

Parallelamente, il team ha affrontato un altro vincolo tecnico legato alla corrente generata dalla cella intermedia. In una struttura a giunzioni multiple, le celle sono collegate in serie e la corrente totale dipende dallo strato meno efficiente. Per migliorare questo parametro, è stato sviluppato un processo produttivo in tre fasi che consente di ottenere uno strato di perovskite più spesso ma uniforme, capace di aumentare l’assorbimento della luce, in particolare nella regione del vicino infrarosso.

Un ulteriore intervento ha riguardato l’ottimizzazione ottica del dispositivo. L’inserimento di nanoparticelle di ossido di silicio tra la cella inferiore in silicio e quella intermedia in perovskite ha permesso di riflettere parte della luce incidente, incrementando sia l’assorbimento dei fotoni sia la fotocorrente complessiva.

Dal punto di vista industriale, la combinazione tra perovskite e silicio offre un vantaggio importante. I materiali utilizzati risultano più economici rispetto ai semiconduttori III-V impiegati nelle celle multi-giunzione destinate alle applicazioni spaziali, che possono raggiungere il 37% di efficienza, ma con costi fino a 1.000 volte superiori per watt.

Il lavoro rappresenta quindi un'ottimizzazione dell'ingegneria dei materiali che consente di migliorare l'efficienza delle tecnologie già esistenti, senza perdere di vista la distribuzione su larga scala. I prossimi sviluppi si concentreranno sulla scalabilità dei processi, sui test di durata e sull’integrazione in prodotti commerciali, con l’obiettivo di portare queste celle ad alta efficienza fuori dai laboratori.