Fotovoltaico: celle solari bifacciali in perovskite superano il 32% di efficienza.

Nel settore del fotovoltaico, anche un modesto incremento dell’efficienza può risultare determinante. Per questo motivo, il risultato conseguito da un team di ricercatori cinesi suscita notevole interesse: una nuova configurazione di celle solari bifacciali ha raggiunto un 26,34% di efficienza in formato industriale e un 32,73% in una versione tandem con perovskite.

La ricerca, pubblicata su Nature Energy, nasce da una problematica specifica delle celle TOPCon attualmente più diffuse. Questa tecnologia offre prestazioni elevate, ma presenta ancora alcune perdite energetiche che limitano i futuri miglioramenti. I ricercatori hanno quindi riprogettato la struttura della cella per minimizzare tali perdite e ottimizzare l’uso della luce.

Il fulcro del lavoro riguarda i contatti della cella, ovvero quelle aree che raccolgono e conducono la corrente elettrica. Nelle celle TOPCon tradizionali, il lato anteriore utilizza ancora una configurazione che causa ricombinazione, ovvero la perdita di cariche elettriche prima che possano essere convertite in energia utile.

Per superare questo limite, il team ha concepito un contatto frontale alternativo. Invece di coprire l’intera superficie, il materiale TOPCon è stato posizionato solo sotto le sottili linee metalliche anteriori. Questa soluzione riduce l’assorbimento ottico parassita, ovvero quella frazione di luce che viene sprecata all’interno della cella anziché essere trasformata in elettricità.

I ricercatori hanno inoltre migliorato la superficie del silicio, rendendola più idonea a gestire la luce, e hanno impiegato un processo di deposizione che uniforma la crescita dei cristalli. Sul lato posteriore, hanno introdotto una struttura a due strati che ottimizza la passivazione, protegge meglio il materiale e mantiene una buona conducibilità elettrica. Il risultato è una cella capace di gestire in modo più efficace sia le perdite elettriche che quelle ottiche.

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Dalla cella industriale alla tandem con perovskite

Nei test preliminari, la nuova cella TOPCon in formato industriale ha raggiunto una efficienza certificata del 26,34% con una tensione a circuito aperto molto elevata, pari a 743,2 mV. Si tratta di un valore significativo, poiché dimostra che questa architettura funziona efficacemente anche al di fuori delle dimensioni ridotte tipiche di molti prototipi di laboratorio.

Lo stesso schema è stato successivamente utilizzato come base per una cella tandem perovskite/TOPCon. In questo tipo di dispositivo, due materiali collaborano per catturare porzioni diverse della luce solare. La perovskite assorbe efficacemente la parte alta dello spettro, mentre il silicio raccoglie quella restante. In questo modo, la conversione della luce diventa più efficiente.

Grazie a questa integrazione, i ricercatori hanno ottenuto una efficienza certificata del 32,73%, un dato molto elevato che conferma il potenziale della combinazione tra TOPCon e perovskite.

Un altro aspetto rilevante riguarda la prospettiva industriale. Il lavoro si concentra su una tecnologia compatibile con processi produttivi già esistenti e mostra anche segnali promettenti in termini di stabilità. Questo rende il risultato più interessante, poiché l’efficienza da sola ha un valore limitato: è necessaria anche affidabilità, continuità e possibilità di produzione su larga scala.

I ricercatori intendono ora perfezionare ulteriormente il design dei contatti anteriori, rendendoli più sottili per consentire il passaggio di una maggiore quantità di luce. L’obiettivo è anche comprendere meglio il movimento delle cariche elettriche all’interno dei vari strati della cella, in modo da ridurre ulteriormente le perdite. Sul fronte delle celle tandem, il lavoro continuerà principalmente su due aspetti: ridurre ulteriormente l’assorbimento parassita nella parte in silicio e aumentare la stabilità a lungo termine delle celle con perovskite.

Il risultato più significativo, quindi, risiede nella direzione che questo studio indica. Le nuove celle solari bifacciali dimostrano che il fotovoltaico può progredire ulteriormente grazie a una progettazione più accurata dei contatti, una gestione migliore della luce e una maggiore integrazione tra tecnologie diverse. Quando efficienza e produzione industriale iniziano a muoversi in sinergia, il salto diventa davvero interessante.

Questo risultato si colloca in una corsa che nelle celle in perovskite sta accelerando su due fronti simultaneamente. Da un lato, le celle singole hanno già raggiunto efficienze certificate intorno al 26,56-26,6%, grazie a strategie molecolari progettate per rallentare il degrado e mantenere prestazioni elevate anche dopo lunghe esposizioni a luce, calore e umidità. Dall’altro, quando la perovskite viene accoppiata al silicio in una struttura tandem, l’asticella si alza ulteriormente e arriva al 32,73%. È in questo contesto che il quadro cambia realmente: il fotovoltaico non si limita a inseguire il record, ma cerca di far crescere insieme efficienza, stabilità e compatibilità industriale.

fonte: Nature