36.1%: la nuova frontiera delle celle solari a tripla giunzione

L’Istituto Fraunhofer per i Sistemi di Energia Solare (Fraunhofer ISE) in Germania, in collaborazione con l’istituto di ricerca olandese AMOLF, ha annunciato dettagli sorprendenti sulla nuova cella solare a tripla giunzione in silicio, che ha stabilito un record di efficienza del 36,1%.

Questa innovazione rappresenta una pietra miliare per il settore e apre nuove frontiere per l’ottimizzazione dell’energia solare.

La cella solare a triplo giunzione sfrutta una struttura monolitica, il cui design si basa sulla giunzione di celle in materiale III-V al substrato di silicio. Questo approccio permette di superare alcuni dei limiti incontrati dalle generazioni precedenti di celle solari. La struttura della cella è composta da una cella superiore in fosfuro di indio e gallio (GaInP), una cella intermedia in fosfuro di arseniuro di indio e gallio (GaInAsP) e una cella inferiore in silicio con contatto passivato al tunnel di ossido (TOPCon).

Gli scienziati hanno adottato una strategia innovativa per la deposizione delle celle. La cella intermedia è stata depositata per prima, seguita dalla cella superiore, per ridurre la caduta di tensione nella cella superiore a causa di un carico termico elevato. Per supportare meccanicamente la struttura durante la crescita epitassiale, è stato necessario effettuare un bonding temporaneo della struttura epitassiale su un wafer di zaffiro.

Una delle tecniche chiave impiegate è stata il bonding diretto wafer-to-wafer attivato superficialmente, utilizzato per attaccare la struttura superiore GaInP/GaInAsP ai dispositivi TOPCon. Inoltre, è stata implementata una reticella sul lato posteriore attraverso la litografia nanoimprint, migliorando ulteriormente l’efficienza della cella. Un riflettore metallodielettrico sul lato posteriore e un rivestimento nanometrico in metallo/polimero, sviluppato da AMOLF, contribuiscono all’ottimizzazione dell’intrappolamento della luce nella cella inferiore.

I risultati sono notevoli. La cella a triplo giunzione ha raggiunto un’efficienza di conversione energetica del 36.1%, con una tensione a circuito aperto di 3.309 V, una densità di corrente a corto circuito di 12.7 mA/cm2 e un fattore di riempimento del 86.0%. L’introduzione di una configurazione a eterogiunzione posteriore per le celle superiore e intermedia ha portato a un aumento significativo della tensione a circuito aperto di 61 mV rispetto alle generazioni precedenti.

Guardando al futuro, i ricercatori intendono ridurre ulteriormente le perdite ottiche nel dispositivo attraverso un rivestimento antiriflesso a quattro strati e mitigare le perdite elettriche nella cella di silicio inferiore dovute alla ricombinazione superficiale nelle trincee di mesa non passivate. Questa tecnologia, una volta scalata a dimensioni di cella solare maggiori, promette di rivoluzionare ulteriormente il settore del fotovoltaico.

Per i tecnici e gli appassionati del settore fotovoltaico, la cella solare a triplo giunzione rappresenta non solo un traguardo tecnologico ma anche un faro di innovazione, aprendo la strada a un futuro in cui l’energia solare può essere sfruttata con efficienza e sostenibilità senza precedenti.