Utilizzare il silicio nero per il fotovoltaico a grande efficienza: un materiale che assorbe quasi tutta la luce solare che lo colpisce, compresi gli infrarossi.
Una nuova promettente sfida per il mondo del fotovoltaico
I ricercatori dell’Accademia cinese delle Scienze hanno sviluppato celle solari monolitiche ad alta efficienza fatte di perovskite e silicio nero. I tandem perovskite/silicio non sono una novità. Per il settore dell’energia solare, questa combinazione offre uno dei modi più promettenti per migliorare l’efficienza oltre i limiti tecnici del silicio a basso costo. Ma una cosa è creare dispositivi tandem a quattro pin in cui i blocchi superiori e inferiori funzionano indipendentemente, e un’altra è creare celle monolitiche in cui gli strati del primo semiconduttore sono direttamente collegati agli strati del secondo livello atomico.
L’invenzione degli scienziati cinesi in Joule
“Difficile è riparare la perovskite elaborata in soluzione senza appiattire o ridurre la struttura piramidale delle sottocelle di silicio”. La conseguenza più probabile di ciò è che le celle fotovoltaiche prodotte in questo modo potrebbero avere difficoltà a catturare la luce o a mantenere un’elevata qualità senza superare i costi. Per risolvere il problema, il team ha sviluppato le prime celle solari di perovskite silicio-nero (TOPCon) passivate a contatto.
Il silicio nero non è altro che silicio monocristallino, la cui nanostruttura superficiale aciculare conferisce al materiale una tinta molto scura. Questa struttura, infatti, determina l’elevato assorbimento della luce incidente. Per essere precisi, la riflettività di un semiconduttore, che è tipicamente del 20-30% a incidenza normale, scende a circa il 5%.
Silicio e TopCon per vincere la sfida delle rinnovabili
Se combinato con TOPCon, il silicio nero, come spiega l’Academy in un comunicato stampa: “contribuisce a un eccellente compromesso tra la passivazione superficiale di alto livello (trattamento che riduce il tasso di ricombinazione delle cariche) e l’intrappolamento della luce a banda larga”.
Con una tensione a circuito aperto di 1,80 V e una densità di corrente di cortocircuito di 19,2 mA/cm2, le celle solari in perovskite di silicio nero con struttura TOPCon raggiungono un’efficienza certificata del 28,2%, che è tra i valori più alti registrati per i dispositivi tandem monolitici in questa categoria.
