Il recente record ottenuto nel campo delle celle solari tandem silicio/perovskite rappresenta un importante avanzamento nella ricerca e nella tecnologia fotovoltaica. Queste celle, che combinano i vantaggi del silicio e della perovskite, promettono di migliorare l’efficienza nella conversione della luce solare in energia elettrica, un obiettivo fondamentale per le tecnologie di energia rinnovabile. Ma qual è la base tecnica di questa innovazione? Il concetto di “Self-Assembled Monolayers” (SAM) e la recente innovazione con l’HTL201 sono aspetti cruciali.

Celle solari tandem silicio/perovskite

Sono progettate per superare il limite di efficienza delle celle solari tradizionali in silicio, in una cella solare tandem i diversi materiali sono stratificati per sfruttare diverse lunghezze d’onda della luce solare, il che consente di catturare più energia rispetto a una cella monolitica. Il silicio è già ampiamente utilizzato nel fotovoltaico, ma la sua efficienza è limitata a causa della banda di assorbimento della luce, d’altra parte la perovskite ha un ampio spettro di assorbimento della luce e, combinata con il silicio, può superare questo limite, aumentando significativamente l’efficienza.

Self-Assembled Monolayers (SAM)

I SAM sono pellicole sottili e altamente ordinate di molecole che si auto-assemblano sulla superficie di un substrato, come il silicio e si formano spontaneamente quando un gruppo chimico si lega al substrato, creando una superficie ben definita e strutturata. Le proprietà dei SAM dipendono dalla loro struttura molecolare: la catena di carbonio e la coda funzionale influenzano la loro capacità di migliorare il trasporto delle cariche, ovvero come gli elettroni e i buchi (cariche positive) si muovono attraverso il materiale.

Nel caso delle celle solari tandem, i SAM migliorano la qualità del legame tra il silicio e la perovskite, riducendo la dispersione di energia e migliorando la stabilità della cella. Inoltre, la loro capacità di essere prodotte in soluzione o per evaporazione le rende facili da integrare in processi industriali su larga scala.

Innovazione con il SAM asimmetrico HTL201

Il SAM asimmetrico HTL201, sviluppato recentemente, rappresenta una grande novità ed  è composto da una molecola di carbazolo e ha una struttura che consente di formare una barriera solida ed uniforme direttamente sopra il substrato conduttivo, dove si uniscono il silicio e la perovskite. La funzione principale di questo SAM è quella di ridurre la dispersione di energia, migliorando così l’efficienza complessiva della cella solare – in particolare, l’HTL201 favorisce il trasporto delle cariche attraverso la cella, riducendo le perdite energetiche. La sua armonizzazione con le proprietà elettroniche della perovskite permette di ottenere una tensione fino a 2 Volt e un’efficienza certificata del 34,58%, un record per questa tecnologia e un grande passo avanti rispetto alle precedenti celle tandem – incapaci a raggiungere tale livello di efficienza.

Impatti sul futuro del fotovoltaico

La combinazione di silicio e perovskite nelle celle tandem è già promettente, ma con l’introduzione dei SAM come l’HTL201, si stanno abbattendo importanti barriere tecniche che limitavano l’efficienza e la stabilità delle celle solari. Questi sviluppi sono cruciali per la creazione di soluzioni fotovoltaiche ad alta efficienza, che potrebbero giocare un ruolo fondamentale nel soddisfare la crescente domanda di energia rinnovabile. Inoltre, l’uso di SAM come l’HTL201 potrebbe non solo migliorare le prestazioni delle celle solari, ma anche abbassare i costi di produzione, rendendo l’energia solare più competitiva rispetto ad altre forme di energia. L’efficienza delle celle solari è un fattore chiave, e con i recenti sviluppi, l’industria fotovoltaica sta facendo passi concreti verso l’adozione di tecnologie più sostenibili e redditizie.