Fotovoltaico: con elettrodi di grafene i moduli fotovoltaici a perovskite raggiungono efficienza di quasi il 16%.

Un’innovativa cella solare a perovskite e grafene con un’efficienza(1) di quasi il 16% è stata messa a punto da un gruppo tutto italiano composto da ricercatori dell’Università di Roma “Tor Vergata”, l’IIT – Istituto Italiano di Tecnologia (Graphene Labs) ed il suo spin-off BeDimensional. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista internazionale ACS Applied Materials Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.1c02626).

I materiali bidimensionali (2D) – come il grafene e materiali affini (GRM) – permettono ora di sviluppare nuovi dispositivi per il fotovoltaico di prossima generazione. I ricercatori del Polo Solare Organico (CHOSE)(2) dell’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”, assieme ai loro colleghi dell’Istituto Italiano di Tecnologia e di BeDimensional S.p.A., tutti membri del progetto europeo “Graphene Flagship”, hanno dimostrato la versatilità di impiego e i benefici unici del grafene nelle celle solari a perovskite. Il grafene può essere utilizzato infatti come materiale multifunzionale all’interno di dispositivi fotovoltaici, utilizzato sia per migliorare le proprietà di trasporto delle cariche fotogenerate sia anche come elettrodo di raccolta. I ricercatori hanno inoltre dimostrato come il grafene può sostituire il materiale convenzionale attualmente usato come elettrodo in questa tipologia di celle, vale a dire l’oro, con una importante riduzione dei costi. L’approccio proposto è scalabile a livello industriale, sia per la formulazione di paste conduttive al grafene, sia per la loro deposizione per realizzare wafer fotovoltaici a base perovskite su larga area. E proprio grazie alla tecnica messa a punto dai ricercatori italiani, è stato possibile realizzare un wafer con area attiva di 4.4 cm2 ottenendo una efficienza di conversione di 12.1% e realizzando il nuovo record mondiale per moduli di perovskite di queste dimensioni e tecnologia.

“Uno dei problemi principali che abbiamo nella realizzazione della nuova tecnologia fotovoltaica basata sulle perovskiti è rappresentato dall’elettrodo che raccoglie la corrente, tipicamente realizzato con metalli preziosi come oro e argento. Questo aumenta notevolmente il costo della cella e la sua sostenibilità. Con questo lavoro dimostriamo che è possibile utilizzare un pasta conduttiva in grafene alla stessa stregua di un elettrodo tradizionale e con il grande vantaggio di poterlo stampare” dice il Prof. Aldo Di Carlo del CHOSE, Università di Roma Tor Vergata – “La possibilità di produrre grafene così come altri materiali 2D sotto forma di inchiostro e paste è ideale per la realizzazione sia di elettrodi sia di interfacce sottili tra le diverse componenti della cella solare – dice Francesco Bonaccorso (Direttore Scientifico di BeDimensional). Questo nuovo approccio rappresenta un esempio della multifunzionalità del grafene che unito alle prospettive di produzione e deposizione su larga scala delle paste, potrà influire positivamente sulla commercializzazione di questa tecnologia, “solution process” e a basso costo”.

1. Si definisce rendimento o efficienza di una cella fotovoltaica il rapporto tra la potenza elettrica disponibile ai morsetti della cella fotovoltaica e la potenza della radiazione solare che colpisce la superficie della cella fotovoltaica stessa.

2. C.H.O.SE. – Centre for Hybrid and Organic Solar Energy

 

Per maggiori info:
Francesco Bonaccorso, BeDimensional S.p.A. f.bonaccorso@bedimensional.it
Aldo Di Carlo, Università di Roma Tor Vergata aldo.dicarlo@uniroma2.it
P. Mariani et al., “Low-Temperature Graphene-Based Paste for Large-Area Carbon Perovskite Solar Cells” ACS Applied Materials Interfaces DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.1c02626

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