Frantumando record: Gli scienziati coreani raggiungono l'efficienza del 21,68% nelle celle solari trasparenti

Il Korea Institute of Energy Research ha significativamente avanzato la tecnologia delle celle solari in perovskite semitrasparente, raggiungendo un'efficienza leader a livello mondiale del 21,68% e dimostrando una durata eccezionale. Questa innovazione, volta a migliorare l’applicazione delle celle solari nelle configurazioni a finestra e in tandem, affronta le sfide chiave per raggiungere la neutralità del carbonio entro il 2050. Attraverso una ricerca innovativa, il team ha migliorato la stabilità e l’efficienza di queste celle, apportando un contributo sostanziale al campo dell’energia solare. energia. Credito: Istituto coreano per la ricerca energetica

Il dipartimento di ricerca sul fotovoltaico del Korea Institute of Energy Research, in collaborazione con il KIER Energy AI e il Computational Science Lab, ha compiuto progressi nel migliorare la durabilità e le prestazioni delle celle solari in perovskite semitrasparente. Queste celle sono promettenti per applicazioni nella costruzione di finestre e nello sviluppo di celle solari tandem.

Le celle solari semitrasparenti hanno raggiunto un'efficienza record del 21,68%, rendendole le più efficienti tra le celle solari in perovskite che utilizzano elettrodi trasparenti al mondo. Inoltre, hanno dimostrato una notevole durata, con oltre il 99% della loro efficienza iniziale mantenuta dopo 240 ore di funzionamento.

Per raggiungere la neutralità del carbonio entro il 2050, la chiave sta nel raggiungere “un’efficienza ultraelevata” e nella “diversificazione delle aree di applicazione” della tecnologia delle celle solari di prossima generazione, superando i vincoli negli spazi di installazione e nel territorio nazionale. Ciò richiede tecnologie efficienti e multifunzionali come le celle solari tandem e le celle solari per finestre. In entrambe le tecnologie sono necessarie celle solari in perovskite semitrasparente altamente efficienti e stabili.

Per la fabbricazione delle celle solari in perovskite semitrasparente è necessario sostituire gli elettrodi metallici delle celle solari opache convenzionali con elettrodi trasparenti che consentono il passaggio della luce. Durante questo processo vengono generate particelle ad alta energia, che portano al degrado delle prestazioni dello strato di trasporto delle lacune.

Cella solare alla perovskite, cella solare alla perovskite semitrasparente, cella solare tandem alla perovskite-si da sinistra. Credito: Istituto coreano per la ricerca energetica

Per evitare ciò, è comune depositare uno strato di ossido metallico che funge da cuscinetto tra lo strato di trasporto delle lacune e lo strato di elettrodo trasparente. Tuttavia, rispetto alle celle solari opache prodotte nelle stesse condizioni, le proprietà di trasporto di carica e la stabilità dei dispositivi semitrasparenti sono ridotte e le cause esatte e le soluzioni non sono state chiarite.

I ricercatori hanno utilizzato l’analisi elettro-ottica e la scienza computazionale a livello atomico per identificare le cause delle ridotte proprietà di trasporto della carica e della stabilità che si verificano durante la fabbricazione di celle solari in perovskite semitrasparente. In questo modo, hanno scoperto che gli ioni di litio (Li), aggiunti per aumentare la conduttività elettrica dello strato di trasporto delle lacune, si diffondono nello strato di ossido di metallo che funge da buffer, modificando infine la struttura elettronica dello strato di buffer di ossido di metallo in quella che si degrada. le sue caratteristiche.

Inoltre, oltre a identificare la causa, i ricercatori hanno risolto il problema ottimizzando il tempo di ossidazione dello strato di trasporto delle lacune. Hanno scoperto che la conversione degli ioni di litio in ossido di litio stabile (LixOy) attraverso un’ossidazione ottimizzata mitiga la diffusione degli ioni di litio, migliorando così la stabilità del dispositivo. Questa scoperta rivela che l’ossido di litio, precedentemente considerato un semplice sottoprodotto di reazione, può svolgere un ruolo cruciale nel migliorare l’efficienza e la stabilità.

Ahn SeJin, Ahn Seung-kyu, Yim Kanghoon da sinistra e Naqvi Syed Dildar Haider nel cerchio. Credito: Istituto coreano per la ricerca energetica

Il processo sviluppato ha prodotto celle solari in perovskite semitrasparente con un’impressionante efficienza del 21,68%, la più alta tra tutte le celle solari in perovskite con elettrodi trasparenti. Inoltre, questa ricerca ha dimostrato un'impressionante ritenzione di oltre il 99% della sua efficienza iniziale per 400 ore in condizioni di conservazione al buio e per più di 240 ore in condizioni operative con illuminazione continua, dimostrando la sua eccezionale efficienza e stabilità.

Il team di ricerca è andato oltre e ha applicato le celle solari sviluppate come cella superiore delle celle solari tandem, creando le prime celle solari tandem bifacciali del paese che utilizzano la luce riflessa dalla parte posteriore e quella incidente dalla superficie anteriore. In collaborazione con Jusung Engineering Co., Ltd. e il Centro di ricerca tedesco Jülich, le celle solari tandem bifacciali hanno raggiunto elevate efficienze equivalenti bifacciali del 31,5% per le configurazioni a quattro terminali e del 26,4% per le configurazioni a due terminali in condizioni in cui la luce riflessa dal la parte posteriore era pari al 20% della luce solare standard.