Fotovoltaico: le celle solari in perovskite invertita sono da record grazie al doppio strato autoassemblato

Un’importante innovazione nel settore dell’energia solare arriva dalla Cina: i ricercatori dell’Università di Xi’an Jiaotong hanno sviluppato una cella solare perovskite invertita che, grazie a un doppio strato autoassemblato (SAB), ha raggiunto un’efficienza record del 26,08%. Questa nuova tecnologia promette di rivoluzionare il futuro delle energie rinnovabili.

Perché è una svolta per le celle in perovskite

Le celle solari perovskite possono essere costruite con due diverse architetture: la n-i-p, in cui l’illuminazione avviene dalla parte dello strato di trasporto degli elettroni (ETL), e la p-i-n, in cui la luce attraversa lo strato di trasporto delle lacune (HTL). La versione invertita, utilizzata in questa nuova ricerca, adotta proprio la configurazione p-i-n, che offre migliori prestazioni in termini di stabilità e durata rispetto ai modelli tradizionali.

L’elemento innovativo di questa tecnologia è l’utilizzo di un doppio strato autoassemblato come materiale di contatto per le lacune. Questo doppio strato è costituito da un monostrato autoassemblato (SAM) di acido fosfonico, sovrapposto a uno strato di trifenilammina, un composto organico che migliora l’adesione tra lo strato e il film di perovskite. Questo approccio non solo aumenta l’efficienza energetica, ma migliora anche la stabilità termica e meccanica della cella.

©Nature Energy

Il doppio strato autoassemblato (SAB) rappresenta una soluzione innovativa basata su strati molecolari distinti collegati tra loro tramite legami chimici, come spiegano i ricercatori: “Questo metodo a strati stabilizza il monostrato grazie a componenti più rigidi, consentendo anche di controllare la terminazione del film.” In pratica, il doppio strato offre un’interfaccia più stabile e duratura rispetto ai metodi convenzionali.

Per costruire la cella, il team di ricerca ha utilizzato un substrato composto da vetro e ossidi conduttivi trasparenti (TCO), il doppio strato autoassemblato, un assorbitore di perovskite, uno strato di trasporto degli elettroni a base di buckminsterfullerene (C60), uno strato tampone di batoferrocina (BCP) e un contatto metallico in argento (Ag).

Testata in condizioni di illuminazione standard, la cella ha raggiunto risultati straordinari: un’efficienza del 26,04%, un voltaggio a circuito aperto di 1,185 V, una densità di corrente di 26,27 mA/cm² e un fattore di riempimento dell’83,84%. Ma ciò che più colpisce è la sua durata: la cella ha mantenuto il 94% dell’efficienza iniziale dopo 2.000 ore di test in condizioni di calore e umidità (a 85°C).

Uno degli aspetti più interessanti di questa ricerca è la resistenza della cella nel tempo. Secondo i ricercatori, il dispositivo ha mostrato una perdita di efficienza inferiore al 4% dopo 2.000 ore, un risultato che supera gli standard industriali delle celle al silicio, che prevedono una perdita massima del 5% in 1.000 ore.

Questi risultati, certificati dal China National Accreditation Service, posizionano questa cella solare tra le migliori mai sviluppate per quanto riguarda l’efficienza e la stabilità. Per chi fosse interessato ai dettagli tecnici, lo studio completo è stato pubblicato su Nature Energy.

Un confronto con altre innovazioni: verso l’eccellenza nell’efficienza solare

Il risultato raggiunto da questa cella solare perovskite invertita, con un’efficienza del 26,08%, si colloca tra le migliori prestazioni mai ottenute nel settore. Tuttavia, la competizione tecnologica nel campo del fotovoltaico è serrata. Ad esempio, recenti sviluppi hanno portato alla realizzazione di celle solari ultrasottili in perovskite, capaci di raggiungere un’efficienza del 27% grazie all’utilizzo di risonatori ottici avanzati, che migliorano la capacità di assorbimento della luce. Allo stesso tempo, le celle tandem – che combinano materiali diversi, tra cui perovskite e silicio – sono arrivate a superare il 30% di efficienza, rappresentando una frontiera ancora più ambiziosa per il futuro delle energie rinnovabili.

Questi progressi dimostrano che la ricerca nel fotovoltaico continua a spingersi oltre i limiti, con soluzioni sempre più efficienti e innovative. Sebbene l’efficienza del 26,08% non rappresenti il record assoluto, il vantaggio competitivo di questa nuova tecnologia risiede nella stabilità termica e meccanica, che la rende particolarmente promettente per applicazioni a lungo termine e in condizioni ambientali difficili. In definitiva, questo dimostra che non è solo la percentuale di efficienza a contare, ma anche la capacità di mantenere le prestazioni nel tempo, un aspetto cruciale per garantire un’energia sostenibile e affidabile per il futuro.

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Fonte: Nature Energy

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