Inizio della piattaforma tecnologica per il potenziamento della fotovoltaica tandem di perovskite-silicio

Design delle celle di celle solari tandem di perovskite-silicio e i relativi processi di produzione sono oggetto di intense ricerche. © Fraunhofer ISE / Design delle celle di celle solari tandem di perovskite-silicio e i relativi processi di produzione sono oggetto di intense ricerche. © Fraunhofer ISE

Immagine al microscopio di una cella solare tandem perovskite-silicio su silicio testurizzato. L'assorbitore di perovskite è stato realizzato mediante evaporazione dei componenti inorganici e successiva infiltrazione chimica umida dei componenti organici. © Fraunhofer ISE / Immagine al microscopio di una cella solare tandem perovskite-silicio su silicio testurizzato. L'assorbitore di perovskite è stato fabbricato mediante evaporazione dei componenti inorganici seguita da infiltrazione chimica umida dei componenti organici. © Fraunhofer ISE

Le celle solari tandem perovskite-silicio promettono rendimenti superiori al 30 per cento, e i laboratori di ricerca in tutto il mondo annunciano regolarmente nuovi record di efficienza. Tuttavia, questi record vengono realizzati su superfici che sono circa 400 volte più piccole rispetto alla dimensione attuale dei wafer di una cella solare in silicio industriale. Ricercatori e ricercatrici nel campo solare stanno attualmente studiando diverse strade promettenti per una produzione scalabile ed economica di queste celle solari tandem. Nei progetti di ricerca finanziati dal Ministero federale dell'economia e della protezione del clima, »Pero-Si-SCALE« e »LiverPool«, l'Istituto Fraunhofer per i Sistemi Energetici Solari ISE sta sviluppando una piattaforma tecnologica indipendente per la scalabilità delle celle e dei moduli solari tandem perovskite-silicio. L'obiettivo è l'ulteriore sviluppo e l'analisi di design di celle e moduli, nonché dei loro processi di produzione, in modo che un rapido trasferimento nell'industria sia possibile.

«Una piattaforma di ricerca di questo tipo per la fotovoltaica tandem perovskite-silicio a questo stadio di maturità tecnologica è finora unica al mondo e rappresenta quindi un elemento distintivo per la ricerca e lo sviluppo fotovoltaico tedesco», afferma il Prof. Dr. Stefan Glunz, responsabile del settore di ricerca sulla fotovoltaica presso l'Istituto Fraunhofer ISE. «In questo modo possiamo supportare efficacemente l'industria fotovoltaica tedesca ed europea, anche in collaborazione con altri istituti di ricerca tedeschi, nello sviluppo e nell'implementazione della prossima generazione di celle solari.»

Con la piattaforma Pero-Si-SCALE si vogliono creare e sviluppare processi, tecnologie e competenze necessari per produrre, caratterizzare e testare celle e moduli solari perovskite-silicio di formato industriale M12. «Per questo stiamo allestendo una linea di processo entro la fine del 2024», afferma il Dr. Martin Hermle, responsabile del progetto per la creazione della piattaforma tecnologica presso l'Istituto Fraunhofer ISE. «Questa comprende impianti per il deposito sottovuoto e processi di rivestimento chimico-umido per la cella parziale di perovskite della cella tandem. A livello di modulo, per lo sviluppo dei processi di produzione sarà disponibile un anello adesivo industriale di prossima generazione, così come un sistema di luminescenza per il controllo del processo di connessione. Inoltre, nel progetto possiamo ampliare la caratterizzazione, la calibrazione e l'analisi della qualità di celle e moduli solari presso l'Istituto Fraunhofer ISE su wafer di grandi dimensioni.»

Per la produzione delle celle di laboratorio finora utilizzate, con un'area di un centimetro quadrato, il metodo più comune è il rivestimento chimico-umido mediante spin-coating. Questo metodo è pratico per formati di laboratorio di piccole dimensioni e permette di testare rapidamente nuovi design di celle. Tuttavia, lo spin-coating non è scalabile su substrati industriali di grandi dimensioni. Per applicare la cella parziale di perovskite sulla cella parziale di silicio, così come per i contatti, sulla piattaforma Pero-Si-SCALE si concentrano i processi di vaporizzazione. Lo sviluppo di metodi di vaporizzazione in vuoto industrialmente applicabili per i materiali di perovskite e gli strati di contatto è l'obiettivo del progetto »LiverPool«.

La scalabilità della tecnologia tandem perovskite-silicio è anche al centro dell'attenzione al workshop tandemPV di quest'anno, che si svolgerà dal 6 all'8 giugno 2023 a Chambéry, in Francia. La ricercatrice Dr. Patricia Schulze e il ricercatore Oussama Er-Raji, entrambi dell'Istituto Fraunhofer ISE, terranno presentazioni nella sessione «Process and Upscaling». Oussama Er-Raji fornirà approfondimenti sulla rotta di processo ibrido per la realizzazione di celle solari tandem perovskite-silicio ad alta efficienza. La Dr.ssa Patricia Schulze offrirà una panoramica sullo stato attuale della fotovoltaica tandem perovskite-silicio presso l'Istituto Fraunhofer ISE.