Raggiunto record mondiale di efficienza nel fotovoltaico con grafene

Raggiunto record mondiale di efficienza nel fotovoltaico con grafene

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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”

Nanotechnologies.

 MODULO IN GRAPHENE

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 Letters

TITOLO DELLO STUDIO: Graphene Interface Engineering for Perovskite Solar Modules: 12.6% Power Conversion Efficiency over 50 cm2 Active Area

AUTORI: 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 Carlo

LINK AL PAPER: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.6b00672

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