Sviluppato un elettrodo trasparente che aumenta l’efficienza delle celle solari

Lo sviluppo di nuovi elettrodi metallici ultrasottili ha permesso ai ricercatori di creare celle solari in perovskite semitrasparente altamente efficienti che possono essere accoppiate con celle di silicio tradizionali per aumentare notevolmente le prestazioni di entrambi i dispositivi, ha affermato un team internazionale di scienziati.

Questa ricerca rappresenta un passo avanti verso lo sviluppo di celle solari completamente trasparenti

“Un giorno le celle solari trasparenti potrebbero trovare posto sulle finestre delle case e degli uffici, generando elettricità dalla luce solare che altrimenti andrebbe sprecata”, ha affermato Kai Wang, assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la Penn State e coautore dello studio.  

“Questo è un grande passo: siamo finalmente riusciti a realizzare celle solari efficienti e semitrasparenti”.

Le celle solari tradizionali sono realizzate in silicio, ma gli scienziati ritengono che si stiano avvicinando ai limiti della tecnologia per creare celle solari sempre più efficienti.

Le celle di perovskite offrono un’alternativa promettente e impilarle sopra le celle tradizionali può creare dispositivi funzionanti in tandem più efficienti, hanno affermato gli scienziati.

“Abbiamo dimostrato di poter realizzare elettrodi da strati d’oro molto sottili, quasi pochi atomi”, ha affermato Shashank Priya, vicepresidente associato per la ricerca e professore di scienza e ingegneria dei materiali alla Penn State.

“Il sottile strato d’oro ha un’elevata conduttività elettrica e allo stesso tempo non interferisce con la capacità della cellula di assorbire la luce solare“.

La cella solare in perovskite sviluppata dal team ha raggiunto un’efficienza del 19,8%, un record per una cella semitrasparente.

E quando combinata con una tradizionale cella solare al silicio, il dispositivo in tandem ha raggiunto un’efficienza del 28,3%, rispetto al 23,3% della sola cella al silicio. Gli scienziati hanno riportato le loro scoperte sulla rivista Nano Energy.

“Un miglioramento del 5% dell’efficienza è gigantesco”, ha detto Priya

“Questo in pratica significa che si possono convertire circa 50 watt in più di luce solare per ogni metro quadrato di materiale delle celle solari. Le fattorie solari possono essere costituite da migliaia di moduli, quindi si aggiunge molta elettricità, e questo è un grande passo avanti”.

In ricerche precedenti, il film d’oro ultrasottile ha mostrato risultati promettenti come elettrodo trasparente nelle celle solari di perovskite, ma i problemi nella creazione di uno strato uniforme hanno portato a una scarsa conduttività, hanno affermato gli scienziati.

Il team ha scoperto che il cromo utilizzato come strato di base permette all’oro di formarsi sopra in uno strato ultrasottile continuo con buone proprietà conduttive

“Normalmente, se si coltiva un sottile strato di qualcosa come l’oro, le nanoparticelle si accoppieranno e si raccoglieranno come piccole isole”, ha affermato Dong Yang, assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la Penn State.

“Il cromo ha una grande energia superficiale che fornisce un buon posto per far crescere l’oro sopra, e in realtà consente all’oro di formare un film sottile continuo”

Le celle solari in perovskite sono composte da cinque strati e altri materiali testati come elettrodi trasparenti danneggiati o strati degradati delle celle. Gli scienziati hanno affermato che le celle solari realizzate con gli elettrodi d’oro sono stabili e mantengono elevate efficienze nel tempo nei test di laboratorio.

“Questa svolta nella progettazione dell’architettura delle celle tandem basata su un elettrodo trasparente offre un percorso efficiente verso la transizione alle celle solari perovskite e tandem”, ha detto Yang.