Un gruppo di ricercatori sostiene di aver superato un ostacolo alla realizzazione di dispositivi solari altamente efficienti combinando il silicio con un nuovo materiale.
di Mike Orcutt
Probabilmente, il silicio non perderà presto la sua posizione predominante come materiale per il solare, ma potrebbe essere affiancato dalla promettente classe di materiali conosciuti come perovskiti.
Un gruppo guidato da Henry Snaith, un fisico dell’Università di Oxford nonché uno dei principali ricercatori nel campo dei perovskiti, ha dimostrato quello che, secondo lui, costituirebbe un valido percorso verso la realizzazione di un dispositivo che combina una convenzionale cella in silicio con una cella in perovskite per potenziare l’efficienza della prima di diversi punti percentuali.
I perovskiti, che hanno attirato l’attenzione di ricercatori ed esperti nel settore dell’energia solare per il rapido ed economico modo in cui possono contribuire al miglioramento dei sistemi, si distinguono per una struttura chimica che dona loro alcune proprietà elettroniche molto interessanti per le tecnologie solari (vedi “Could a New Solar Material Outperform Silicon?”). Snaith e i suoi colleghi sostengono che la nuova composizione da loro sviluppata superi un ostacolo fondamentale alla progettazione di un dispositivo altamente efficiente che combini le caratteristiche del silicio con quelle del materiale perovskite.
Stando ai ricercatori, i risultati indicherebbero la possibilità di realizzare un dispositivo con silicio e perovskite in “tandem” ed una efficienza superiore al 25 percento, superiore a quella delle odierne celle in silicio, le quali si aggirano intorno al 17-20 percento. Le misurazioni sono state prese in laboratorio, ma l’approccio potrebbe essere impiegato per ottenere efficienze persino superiori rispetto a quelle dei migliori pannelli solari in commercio.
In laboratorio, dispositivi prestazioni elevate, merito dell’abbinamento fra semiconduttori differenti rispetto ai perovskiti, hanno già raggiunto efficienze superiori al 40 percento ma costano troppo a causa dei complessi processi produttivi necessari per realizzarli. Celle solari in perovskite sarebbero molto più semplici ed economiche da realizzare, e il processo potrebbe essere integrato alle attuali catene produttive con la semplice aggiunta di qualche passaggio. Diversi esperti ritengono che l’applicazione commerciale più realistica per la perovskite riguarderà, per l’appunto, un dispositivo in tandem.
Diversi gruppi hanno dimostrato dispositivi funzionanti in tandem che presentano una cella in silicio abbinata ad una in perovskite, ma le loro efficienze erano limitate dalla discordanza fra la gamma dello spettro solare assorbita dalle due celle. Alcuni tentativi di regolazione nella gamma assorbita dalla perovksite hanno provocato delle instabilità nella struttura del materiale ed una conseguente compromissione delle prestazioni. Snaith e colleghi hanno escogitato un metodo che fa affidamento sulla sostituzione di alcuni ioni nel materiale con ioni di cesio per raggiungere le proprietà fotovoltaiche desiderate senza compromettere la stabilità strutturale del materiale.
I ricercatori hanno solo dimostrato su scala ridotta la nuova composizione; restano ancora diverse cose da chiarire prima di poter arrivare a pannelli solari pronti per il mercato. Una società co-fondata da Snaith, la Oxford PV, si sta concentrando sullo sviluppo di dispositivi con silicio e perovskite in tandem.
Chris Case, CTO di Oxford PV, dice che risultati del genere riflettono la rapidità con cui i ricercatori stanno affrontando le sfide inerenti la realizzazione di celle in tandem affidabili e dalle prestazioni elevate. Ovviamente Case non intende offrire dettagli sulla tecnologia della società, ma stando a lui la società sarebbe quasi pronta a dimostrare un dispositivo in scala reale con una efficienza del 23 percento che in breve tempo potrebbe salire al 25 percento. Secondo Case una efficienza del 28-30 percento potrebbe essere raggiunta in un paio di anni.
Le tecnologie basate sulla perovskite devono ancora risolvere problemi legati alla sensibilità del materiale a umidità ed aria; non è ancora chiaro, inoltre, se le celle in perovskite possono essere rese sufficientemente resistenti da raggiungere la vita utile necessaria per un sistema energetico valido. Secondo Case, la Oxford PV sarebbe a buon punto nella realizzazione di un prodotto commerciale – da destinare a quei produttori di pannelli in silicio che intendono “aggiornare” l’efficienza dei propri prodotti – nel 2017.
(MO)
