Ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per la ricerca sull’energia solare ISE e dell’Istituto NWO AMOLF (Amsterdam) hanno fabbricato una cella solare multigiunzione con un’efficienza del 36,1%, la più alta efficienza mai raggiunta per una cella solare a base di silicio. Il team ha presentato il nuovo record alla Conferenza europea sull’energia solare fotovoltaica (EU PVSEC) a Lisbona giovedì 21 settembre 2023. Il progetto di ricerca è stato finanziato attraverso il programma Fraunhofer ICON.
Albert Polman, che ha guidato la parte AMOLF del progetto
Questo nuovo record è il risultato di una collaborazione unica tra Fraunhofer ISE e AMOLF iniziata nel 2020. Il team Fraunhofer è famoso in tutto il mondo per la fabbricazione di celle solari ad altissima efficienza basate su silicio e semiconduttori III-V come GaInP o GaAs . Il team AMOLF ha accumulato molti anni di esperienza nell’ottimizzazione della gestione della luce nelle celle solari. In questo progetto abbiamo riunito queste conoscenze, con questo risultato unico. Le celle solari hanno viaggiato tra Friburgo e Amsterdam per le diverse fasi di lavorazione, per arrivare così alla cella solare completa.Frank Dimroth del Fraunhofer ISE
È un grande risultato per i ricercatori di entrambi i team combinare i migliori processi disponibili per realizzare congiuntamente un nuovo record di efficienza per una cella solare multigiunzione basata sul silicio. A questo risultato eccezionale hanno contribuito sia il nuovo riflettore posteriore di AMOLF sia la cella centrale GaInAsP migliorata di Fraunhofer.
Limitazioni delle celle solari al silicio
Le celle solari ed i pannelli solari a base di silicio vengono impiegati in tutto il mondo, ma la loro efficienza di conversione dell’energia fotovoltaica è fondamentalmente limitata al 29,4%. Questa limitazione può essere superata rivestendo le celle solari con materiali aggiuntivi per creare una cella solare “multigiunzione”. In una tale geometria, più strati di assorbimento della luce sono impilati uno sopra l’altro, in modo che ogni strato assorba efficacemente una parte specifica dello spettro della luce solare. Questa struttura multistrato può migliorare notevolmente l’efficienza della cella.
Nuovi materiali abbinati a un nuovo design di gestione della luce
Il nuovo record combina una cella solare all’avanguardia “silicio TOPCon”, un nuovo design di cella ad alta efficienza sviluppato presso Fraunhofer ISE, con due strati semiconduttori composti da fosfuro di gallio indio (GaInP) e fosfuro di arseniuro di gallio indio (GaInAsP) che sono stati sviluppati anche presso Fraunhofer ISE. La pila di strati viene quindi rivestita con un nanorivestimento metallo/polimero appositamente progettato presso AMOLF e fabbricato congiuntamente presso AMOLF e Fraunhofer ISE. Il riflettore posteriore migliora la cattura della luce all’interno della cella solare, consentendo per la prima volta di aumentare l’efficienza oltre il 36%.
Nuove applicazioni
Le nuove celle solari ad altissima efficienza sono attualmente più costose da produrre rispetto alle tradizionali celle solari al silicio, che raggiungono efficienze fino al 27%. Tuttavia, l’altissima efficienza della cella multigiunzione rappresenta un grande vantaggio per le applicazioni in cui lo spazio disponibile è limitato e una grande quantità di energia solare deve essere generata in una piccola area. Sono previste applicazioni, ad esempio, nelle auto elettriche alimentate a energia solare, nei prodotti di consumo e nei droni. Il nuovo design di gestione della luce è applicabile anche ad altri tipi di celle solari, come ad esempio le celle solari multigiunzione in silicio-perovskite.