Le celle solari ibride in perovskite fabbricate roll-to-roll raggiungono efficienze record – Physics World

Le celle solari ibride in perovskite fabbricate roll-to-roll raggiungono efficienze record – Physics World

Timestamp: 5 aprile 2024 8:00


Foto del sistema di stampa roll-to-roll utilizzato per produrre le celle solari ibride in perovskite
On a roll: la tecnica di stampa roll-to-roll utilizzata per produrre pannelli solari ibridi in perovskite con efficienza dell'11% e un'area fino a 50 cm2. (Per gentile concessione: D Vak)

Le celle solari di vasta area realizzate con materiali ibridi di perovskite hanno fatto un passo avanti verso la commercializzazione grazie a ricercatori in Australia e nel Regno Unito che hanno fabbricato le celle con metodi industriali per la prima volta. Prodotte in condizioni ambientali utilizzando una tecnica nota come stampa roll-to-roll, le celle mostrano efficienze di conversione di potenza relativamente elevate fino al 15.5% per le singole celle di piccola area e all'11% per quelle collegate in serie in moduli di grande area. Secondo i ricercatori, le celle sarebbero anche economiche da produrre, con costi calcolati che scenderebbero a 0.70 dollari per watt una volta che la produzione raggiungerà 1 di m000.2 per anno.

Un materiale perovskite è definito “ibrido” quando contiene sia componenti inorganici che organici. Come tutte le perovskiti, gli ibridi hanno la formula chimica ABX3, ma in questo caso A è un catione organico, mentre B è piombo e X può essere ioduro, bromuro o un altro alogenuro. Strutturalmente, contengono una struttura di alogenuri di piombo riempita con piccoli cationi organici e si dimostrano molto promettenti per le celle solari a film sottile perché le loro bande proibite regolabili consentono loro di assorbire la luce su un'ampia gamma di lunghezze d'onda dello spettro solare.

“Abbiamo lavorato a lungo sulle celle solari organiche stampate, ma il campo delle celle solari organiche stava avanzando in modo relativamente lento quando sono emerse le celle solari in perovskite”, afferma Doojin Vak dell'Australia Organizzazione per la ricerca scientifica e industriale del Commonwealth (CSIRO), che ha guidato il progetto insieme ai colleghi del Università di Cambridge, Università di Monash e la Università del Nuovo Galles del Sud.

Per ricercatori come Vak, la cosa interessante delle celle solari ibride a base di perovskite è che la loro efficienza di conversione energetica è, in linea di principio, alla pari con quella dei materiali consolidati delle celle solari come il silicio, l’arseniuro di gallio o il tellururo di cadmio. In pratica, tuttavia, le celle solari ibride in perovskite ad alta efficienza sono state finora dimostrate solo in laboratorio. Realizzare dispositivi efficienti su grandi aree con questi materiali utilizzando processi industriali rimane una sfida.

Un'efficienza dell'11% su pannelli da 50 cm²

Nell'ultimo lavoro, Vak e colleghi hanno dimostrato di poter produrre pannelli solari ibridi in perovskite con un'efficienza dell'11% e un'area fino a 50 cm2 utilizzando la stampa roll-to-roll. Questa tecnica produce celle in un processo continuo che ricorda il modo in cui vengono stampati i giornali, con fasi successive di rivestimento, stampa e asciugatura che trasformano un rotolo di pellicola da un lato in un rotolo pieno di prodotto finito dall'altro.

Molti processi industriali completano tutte queste fasi di fabbricazione in un unico passaggio. In questo caso, tuttavia, i ricercatori hanno utilizzato più cicli per fabbricare i loro dispositivi. Hanno inoltre sostituito gli elettrodi metallici a vuoto tradizionalmente utilizzati nella stampa roll-to-roll con elettrodi di carbonio stampati compatibili con i materiali di perovskite.

Grazie a questo aggiustamento, il team è stato in grado di fabbricare e analizzare più di 10 celle solari al giorno. Questo esperimento “ad alto rendimento” ha permesso ai ricercatori di identificare rapidamente i valori ottimali per vari parametri di elaborazione, che hanno aumentato l’efficienza dei dispositivi finali.

Prototipi per varie applicazioni

“Abbiamo pensato che anche le celle solari in perovskite potessero essere completamente stampate come quelle a base organica e abbiamo fatto buoni progressi”, afferma Vak. “L’ultimo ostacolo era eliminare gli elettrodi posteriori basati sul vuoto e siamo riusciti a raggiungere questo obiettivo in questo lavoro”.

I ricercatori affermano che i moduli da loro prodotti potrebbero essere utilizzati come prototipi per i test in varie applicazioni. e mercati premium in cui questa tecnologia avrà un vantaggio competitivo”, afferma Vak. “Ad esempio, abbiamo esaminato le applicazioni spaziali e abbiamo installato moduli solari in perovskite stampata su un satellite lanciato di recente”.

In questo studio, pubblicato in Nature Communications, i moduli solari più grandi fabbricati dai ricercatori misuravano 10 cm x 10 cm. Anche se questo valore è considerato considerevole nell’ambito della ricerca accademica, è ancora troppo piccolo per le applicazioni nel mondo reale. Il prossimo passo per i ricercatori sarà quindi quello di ampliare la loro tecnica. "Fortunatamente, abbiamo appena completato l'installazione di un impianto di stampa all'avanguardia per celle solari in perovskite presso CSIRO e saremo in grado di far progredire la tecnologia con questa nuova stampante su scala pilota", dice Vak Mondo della fisica.

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