In uno sforzo di ricerca congiunto, gli scienziati della King Abdullah University of Science and Technology KAUST e del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems hanno sostituito con successo lo spin-coating con il blade-coating nella produzione di celle solari tandem in silicio perovskite. Utilizzando un “percorso ibrido” che combina evaporazione e blade-coating per depositare celle solari in silicio perovskite su celle a base di silicio, hanno prodotto celle solari tandem con efficienze prossime al 28%. Il loro risultato apre la strada alla produzione su larga scala di questa promettente nuova tecnologia di celle solari.
Sebbene le attuali celle solari in silicio perovskite siano apprezzate dal settore fotovoltaico grazie a efficienze di conversione ad alta potenza superiori al 33% in laboratorio, la loro produzione su larga scala rimane una sfida.
Oussama Er-raji, dottorando e responsabile del progetto presso il Fraunhofer ISE
Applicare con successo i materiali in perovskite con tecnologie scalabili su celle a base di silicio è stata una svolta per noi. In un processo ibrido a due fasi, i componenti inorganici dell’assorbitore di perovskite vengono prima deposita per evaporazione, seguiti dal rivestimento dei componenti organici. Questo lo rende adatto alla produzione su scala industriale.
Lo scienziato ha dimostrato celle solari tandem in silicio perovskite completamente texturizzate con tensioni a circuito aperto superiori a 1.900 millivolt ed efficienze del 27,8%. Inoltre, hanno scoperto che la velocità di rivestimento nel processo ibrido di evaporazione/rivestimento non influisce sul spessore della perovskite, a differenza delle perovskiti con rivestimento in un’unica fase, ma è correlata al tasso di conversione della perovskite, che è stato fondamentale per l’ottimizzazione dell’assorbitore.
Un processo ibrido
Con questo studio, i ricercatori del Fraunhofer ISE hanno sfruttato la loro vasta esperienza con il processo ibrido, che combina l’evaporazione con una fase di processo chimico a umido. Mentre in passato lo spin-coating era stato utilizzato per la fase chimica a umido, ora sono stati in grado di trasferire la loro esperienza al rivestimento, più scalabile, per la seconda fase.
Molti gruppi di ricerca sulla perovskite, tra cui KAUST e Fraunhofer ISE, stanno studiando percorsi che consentirebbero la produzione di massa di celle solari tandem perovskite-silicio. Finora, le celle solari perovskite-silicio sono prodotte principalmente tramite spin-coating.
Juliane Borchert, responsabile del gruppo Materiali e Interfacce in Perovskite presso il Fraunhofer ISE
Lo spin-coating è un’ottima tecnica di laboratorio in quanto è molto flessibile e consente di testare rapidamente nuovi materiali, additivi e parametri di processo. Tuttavia, non è adatta alla produzione su larga scala. Prevediamo inoltre che le conoscenze acquisite sulle dinamiche durante il blade coating possano essere trasferite al slot-die coating, che è ancora più adatto alla scalabilità.
Le celle solari al silicio possono convertire un massimo fisico del 29,4% della luce solare in elettricità. Per continuare ad aumentare l’efficienza delle celle solari, i ricercatori solari di tutto il mondo si stanno rivolgendo al fotovoltaico tandem, in particolare alla combinazione di una cella inferiore in silicio e una superiore in perovskite. Mentre la cella solare al silicio converte in modo efficiente principalmente la porzione rossa della luce solare in elettricità, una sottocella superiore realizzata in perovskite riesce a utilizzare meglio la frazione blu della luce.