Tandem in Si-perovskite: nuovo record nel fotovoltaico

Il consorzio European Solliance Solar Research ha realizzato una nuova cella solare tandem in Si-perovskite con efficienza record del 28.7%. La ricerca continua a migliorare questa tecnologia, fornendo nuove opportunità nel mercato fotovoltaico.

Effetto fotovoltaico e limite Shockley-Queisser

In cosa consiste l’effetto fotovoltaico? Un fotone, interagendo con la struttura cristallina di un semiconduttore, può eccitare un elettrone della banda di valenza del cristallo portandolo in una banda di conduzione. Il semiconduttore è composto da due cristalli drogati: uno di tipo n, che ha elettroni liberi extra, e uno di tipo p, a cui mancano elettroni (identificati come ”lacune”)

In presenza di un campo elettrico, gli elettroni eccitati si muovono in direzione opposta al campo generando così un flusso di cariche. 

La differenza di energia tra le due bande prende il nome di bandgap.

I fotoni blu hanno una energia maggiore al bandgap, ma l’elettrone la perde dissipando così calore. I fotoni rossi, gialli e alcuni infrarossi contribuiscono meglio alla produzione di energia, mentre le onde radio e le microonde non lo fanno. Quindi c’è un limite alla quantità di energia che può essere prodotta da una singola cella solare e dipende dal bandgap. Questo limite prende il nome dagli scienziati Shockley e Queisser che lo scoprirono nel 1961.

Pannelli bifacciali: nuovo trend nel fotovoltaico

I pannelli fotovoltaici bifacciali hanno un maggiore rendimento perché riescono a catturare l’energia solare sia dal lato anteriore che posteriore.

I primi esperimenti su questi pannelli risalgono a quasi 50 anni fa, ma solo recentemente sono diventati una innovazione tecnologica nel settore.

La bifaccialità è resa possibile dal coefficiente di Albedo che misura la capacità riflettente di un oggetto. Di norma questi pannelli sono installati su superfici chiare, con una maggiore capacità di riflettenza (ad esempio il cemento).

I 3 principali vantaggi sono:

• Prestazioni migliori, fino al 30% in più rispetto ai moduli fotovoltaici standard
• Maggiore durabilità
• Minore spazio, in quanto si aumenta la denistà di potenza grazie alla bifaccialità

Entro il 2030. i pannelli bifacciali rappresenteranno almeno un terzo del mercato solare, soprattutto per gli impianti di grande taglia installati a terra.

Tecnologia tandem: due sono meglio di uno

La cella tandem consiste in due celle solari diverse (quindi semiconduttori con bande differenti) accoppiate l’una sopra l’altra. I membri di Solliance hanno realizzato una cella solare di perovskite trasparente ad alta efficienza, in grado di convertire il 18.6% della luce in elettricità . La cella è collegata con la tcnologia a 4 terminali con un prototipo della Panasonic di cella in silicio cristallino IBC (Interdigitated Back Contact).

La tecnologia tandem riesce a usare al meglio le proprietà dei due semiconduttori, così da ottenere una resa maggiore. Di solito, le celle di solo silicio o sola perovskite raggiungono un’efficienza massima del 20%. Fino a due anni fa, la celle Tandem arrivavano al 25.7%, un anno fa al 27.7% e adesso si sfiora il 29%. Il limite realistico è di circa il 35% e il consorzio European Solliance ha già comunicato l’intenzione di superare la soglia del 30%.