L’efficienza di conversione ottenuta su modulo di area 50 cm2 è stata pubblicata su ACS Energy Letters. Il risultato rientra all’interno del progetto europeo “Graphene Flagship”
I ricercatori del Polo Solare Organico (CHOSE) dell’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”, i loro colleghi dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e l’Università delle Scienze Applicate di Creta (TEI) – tutti membri del progetto europeo “Graphene Flaghship” del cui Comitato Esecutivo Vittorio Pellegrini è Presidente e che rappresenta il più grosso progetto europeo di ricerca con un finanziamento di un miliardo di euro in 10 anni per velocizzare il passaggio del grafene dal laboratorio al “supermercato” – hanno dimostrato i benefici unici del materiale bidimensionale grafene nei moduli fotovoltaici a perovskite di larga area pubblicando i risultati in un paper sulla rivista di settore “ACS Energy Letters”.
Coordinatori del lavoro sono gli italiani Francesco Bonaccorso, ricercatore dei Graphene Labs dell’Istituto Italiano di Tecnologia, e Aldo Di Carlo, professore all’Università di Roma Tor Vergata.
Il modulo è costituito da uno strato attivo (“assorbente”) di perovskite e da strati di trasporto di carica fotogenerata. Per rendere più efficiente l’iniezione di carica, l’interfaccia tra perovskite e titania (un materiale utilizzato nella cella per raccogliere gli elettroni) è stata migliorata aggiungendo grafene e sfruttando l’ossido di grafene neutralizzato con litio. Ciò ha comportato un aumento significativo dell’efficienza da 11,6% a 12,6% in un modulo fotovoltaico con area attiva di 50,6 cm2. Un ulteriore beneficio apportato dall’utilizzo del grafene è l’aumento significativo di stabilità dei moduli fotovoltaici a perovskiti: i ricercatori hanno dimostrato che dopo 1630 ore i moduli mantengono più del 90% dell’efficienza iniziale.
Esperimenti simili sono stati condotti e pubblicati in precedenza dall’ Australian Centre for Advanced Photovoltaics (paper: http://www.acap.net.au/) con risultati di conversione a efficienza del 12.1% su un’area di 16cm2.
Le potenzialità delle perovskiti su moduli fotovoltaici sono tipicamente state dimostrate su celle da laboratorio di dimensioni inferiori a 1cm2, mentre il test reale per questo nuovo sistema fotovoltaico consiste nella fabbricazione di moduli di area superiore a 50 cm2. Questo aumento delle dimensioni è ostacolato da diverse cause come la ricombinazione delle cariche e la diffusione degli ioni, dovute principalmente alle interfacce tra lo strato assorbitore di Perovskite e gli altri strati che compongono la cella. Grazie alla natura bidimensionale del grafene, però, e alle peculiari proprietà elettroniche e chimiche che possono essere modificate a piacere, il grafene può rappresentare la chiave di volta per gestire le proprietà delle interfaccia senza modificare la composizione delle celle solari.
Il progetto “Graphene Flagship” dedicato allo sviluppo del grafene e di altri materiali bidimensionali, vede IIT capofila per la sezione “energia” e tra i primi autori della roadmap del progetto, ovvero il piano d’azione per il trasferimento tecnologico delle invenzioni basate sul grafene.
Aumentare la dimensione delle celle solari a perovskite – dice il Prof. Aldo Di Carlo del CHOSE, Università di Roma Tor Vergata – è critico. Accanto alla qualità dei materiali, è obbligatorio controllare l’uniformità della deposizione e la qualità delle interfacce su tutta la dimensione del modulo. Per questo motivo, l’introduzione di materiali 2D che consentono di controllare le proprietà delle interfacce e migliorano, allo stesso tempo, l’uniformità della deposizione è una strategia vincente che può essere facilmente scalata a livello industriale.
La possibilità di produrre grafene e altri materiali 2D sotto forma di inchiostro è ideale per la realizzazione di interfacce sottili tra le diverse componenti della cella solare – dice il Dr Francesco Bonaccorso (IIT). Questo approccio migliora significativamente le prestazioni delle celle, ed unito alle prospettive di produzione e deposizione su larga scala di questi inchiostri, può influire positivamente sulla commercializzazione di questa tecnologia.
JOURNAL: ACS Energy LettersTITOLO DELLO STUDIO: Graphene Interface Engineering for Perovskite Solar Modules: 12.6% Power Conversion Efficiency over 50 cm2 Active AreaAUTORI: Antonio Agresti, Sara Pescetelli, Alessandro L. Palma, Antonio E. Del Rio Castillo, Dimitrios Konios, George Kakavelakis, Stefano Razza, Lucio Cinà, Emmanuel Kymakis, Francesco Bonaccorso and Aldo Di CarloLINK AL PAPER: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.6b00672
