Sempre più reale diventa il futuro di questa tecnologia: la cella solare organica tandem. E così anche la sua efficienza, che arriva ora al 17%, un traguardo notevole se si conta che nel corso degli anni è passata da un misero 6% al più promettente 14%.
Ma vediamo bene come funziona, e come sono riusciti a renderla ancora più efficiente.
Cella solare organica tandem, cos’è
Composta da due sotto-celle anteriori e posteriori (da qui il termine “tandem” perché elettricamente connesse e disposte una sull’altra), con tanto di bandgap variabili, la cella solare tandem organica consente un maggiore assorbimento e utilizzo delle radiazioni solari.
Nonostante l’innovazione, problema chiave in questa tecnologia è la necessità di garantire un bilanciamento sufficiente della corrente tra le due sotto-celle. E così anche la sua fabbricazione, che, al pari delle batterie al sodio, è molto impegnativa, perché necessita di uno strato di interconnessione robusto in grado di facilitare una ricombinazione efficiente delle cariche, e sempre mantenendo un’elevata trasparenza.
Ma questo avviene nel caso della configurazione tandem a due terminali, che, come precisa Rinnovabili, è una formula adottata di norma in modo “monolitico”. L’integrazione purtroppo non permette una lavorazione facile, per questo il team dell’ICFO (Istituto di Scienza Fotonica di Barcellona) ha voluto ideare un sistema più efficiente.
La soluzione dell’ICFO per le celle a tandem
Grazie alla sua configurazione a quattro terminali, l’ICFO ha trovato una strategia alternativa altamente efficiente nella progettazione di questo tipo di celle solari.
Come emerso dal nuovo studio pubblicato su Solar RRL da parte dei ricercatori dell’ICFO e i membri del team del progetto europeo per le nuove tecnologie solari SOREC2 (Francisco Bernal-Texca e il Prof. Jordi Martorell), la nuova configurazione presenta connessioni elettriche separate per la cella anteriore trasparente e per la cella posteriore opaca. Di conseguenza, il problema del bilanciamento della corrente elettrica non è più un fattore limitante.
Inoltre consente una maggiore flessibilità nella selezione dei bandgap di ciascuna cella del tandem, ottimizzando così l’assorbimento dei fotoni e migliorando l’efficienza complessiva della produzione di energia solare.
In parole povere, con questa strategia la cella solare organica tandem a quattro terminali ha raggiunto un’efficienza di conversione energetica del 16,94%.
Materiali organici ed elettrodi per una migliore efficienza
Ma come ci sono riusciti? In pratica, per la fabbricazione, i ricercatori hanno prima esplorato i materiali organici destinati allo strato fotoattivo di entrambe le celle. Alla fine dell’esame delle diverse miscele da utilizzare, il team ha puntato per le seguenti:
- PM6:L8-BO, per la cella anteriore;
- PTB7-Th:O6T-4F, per la cella posteriore opaca;
- WO3 /LiF/WO3, per il multistrato che aiuti la distribuzione ottimale di assorbimento della luce tra le unità.
A coadiuvare il tutto c’è anche la fabbricazione di un elettrodo di argento trasparente ultrasottile, con uno spessore di soli 7 nm (in media lo spessore si aggira tra i 9 e i 15 nm). Posizionato sul retro della cella anteriore, garantisce una buona trasmissione della luce per alimentare la cella posteriore.
Alla prova del nove, i ricercatori hanno testato le prestazioni fotovoltaiche del dispositivo e l’efficienza quantica. E il risultato lo conosciamo già: un’efficienza di conversione energetica del 16,94%, che fino ad oggi sarebbe la più alta raggiunta per una cella organica tandem a quattro terminali. Come riportano gli autori del paper, il record ufficiale attuale in efficienza per i dispositivi tandem organici è del 14,2%, mentre per i tandem organici a quattro terminali è del 6,5%.
Attualmente, i ricercatori stanno però concentrando la loro attenzione sul perfezionamento, il raffinamento e l’ottimizzazione della metodologia e del design strutturale, così da poter applicare tale tecnologia nel settore dei combustibili solari.
Se vuoi saperne di più su questo studio, ti suggeriamo la lettura completa del paper pubblicato su Solar RRL.
Bernal-Texca, F; Martorell, J. (2024) Four-Terminal Tandem Based on a PM6:L8-BO Transparent Solar Cell and a 7nm Ag Layer Intermediate Electrode. Solar RRL. DOI: 10.1002/solr.202300728
