Tecnologia tandem al perovskite-silicio per raggiungere la maturità industriale

La chimica umida e il processo a vuoto di PeroLabs comprendono infrastrutture all'avanguardia per il deposito di film sottili mediante spruzzatura a fessura e rivestimento rotativo, camere di vaporizzazione per assorbitori perovskite, contatti selettivi e metalli, nonché deposizione a strato atomico di ossidi metallici sotto atmosfera di gas inerte. © Fraunhofer ISE / Elaborazione di celle solari tandem perovskite-silicio al Fraunhofer ISE. L'infrastruttura di laboratorio comprende camere di vaporizzazione per assorbitori perovskite, contatti selettivi e metalli, e la deposizione a strato atomico di ossidi metallici sotto un'atmosfera di gas inerte. © Fraunhofer ISE

Applicare una seconda cella solare in perovskite su celle solari in silicio classiche consente di sfruttare ancora meglio lo spettro solare. Ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando per realizzare queste celle tandem in modo affidabile, durevole e con processi di produzione industriale. Ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per i Sistemi Energetici Solari ISE hanno sviluppato tra il 2020 e il 2022, in collaborazione con partner industriali nel progetto congiunto »SWiTch«, tecnologie per la produzione di moduli a formato completo in perovskite-silicio. A livello di cella, il team del progetto principale del Fraunhofer »MaNiTU« e del progetto »PrEsto«, finanziato dal Ministero Federale dell'Economia e della Protezione Climatica BMWK, è riuscito a scalare le celle solari tandem in perovskite-silicio dalla scala di laboratorio a quella di wafer. In una collaborazione appena annunciata con Meyer Burger, l'ISE intensificherà ulteriormente le sue attività nel settore delle celle e dei moduli tandem.

Le celle solari tandem in perovskite-silicio rappresentano un'evoluzione della tecnologia standard consolidata basata su wafer di silicio. Una cella solare in perovskite con ampia banda proibita viene processata sulla cella solare in silicio, per sfruttare meglio la luce solare. »Con esse, è possibile raggiungere efficienze superiori al 35%«, afferma il Prof. Dr. Andreas Bett, direttore dell'istituto dell'ISE. »Le celle solari tandem in perovskite-silicio su scala di laboratorio hanno già superato il limite fisico delle celle semplici in silicio, del 29,4%, e potranno rendere le celle solari ancora più efficienti in futuro.«

Scalare le celle da laboratorio a dimensioni wafer

Attualmente, la migliore efficienza pubblicata su scala di laboratorio è del 31,3%. Tuttavia, le superfici di tali celle solari di laboratorio sono ancora piccole — circa 1 centimetro quadrato — e la maggior parte dei processi di produzione finora utilizzati in laboratorio non sono adatti alla produzione industriale. »Siamo molto felici di essere riusciti a raggiungere, su un'area di oltre 100 centimetri quadrati e con metallizzazione industriale a stampa a setaccio, un'efficienza certificata del 22,5%. Ora il nostro obiettivo è realizzare, anche con metodi scalabili su grandi superfici, le alte efficienze delle nostre piccole celle di laboratorio«, afferma la Dott.ssa Patricia Schulze, ricercatrice del progetto »MaNiTU« all'ISE. I ricercatori lavorano intensamente su un processo ibrido di deposizione che combina due metodi di produzione consolidati per realizzare celle solari in perovskite su celle in silicio doppio-mento.

Prime moduli a formato completo realizzati

Nel progetto congiunto »SwiTch«, l'ISE ha sviluppato insieme ai partner di progetto soluzioni di connessione e incapsulamento per celle tandem. »I processi di connessione e laminazione dovevano essere compresi e adattati in modo che le celle solari in perovskite-silicio possano essere integrate nel modulo senza danni, in modo economico e stabile nel tempo«, afferma il Dr. Holger Neuhaus, responsabile del reparto moduli fotovoltaici all'ISE. Sono stati già prodotti i primi prototipi con una potenza di 430 watt di picco. Lo sviluppo è stato affiancato da un'analisi dettagliata delle perdite cella-a-modulo e da lavori sulla stabilità a lungo termine dei moduli tandem. Nell'ambito del progetto congiunto »SALTO«, l'ISE ha potuto stabilire la tecnologia di connessione SWCT di Meyer Burger per moduli a formato completo presso l'ISE. Questa tecnologia a bassa temperatura è adatta alla connessione di celle solari in silicio-perovskite rispetto ai processi di saldatura convenzionali.