Nel campo in rapida evoluzione della tecnologia fotovoltaica, le giunzioni eterogenee (HJT) e i contatti passivati a ossido di tunnel (TOPCon) sono stati a lungo i punti focali del settore. Tuttavia, con l'introduzione dei materiali a base di perovskite, la combinazione di HJT e perovskite sta attirando sempre più attenzione per i suoi vantaggi unici, diventando un argomento di grande attualità nell'industria solare. Questo articolo esplora i benefici della combinazione di HJT e perovskite rispetto a TOPCon e come questa combinazione stia plasmando il futuro della tecnologia fotovoltaica.
1. Introduzione alla tecnologia HJT
La tecnologia HJT è nota per la sua elevata efficienza di conversione fotoelettrica e le eccellenti prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione. Si basa sulla formazione di una eterogiunzione ottenuta sovrapponendo un sottile strato di silicio amorfo a un substrato di silicio cristallino, riducendo la ricombinazione superficiale e migliorando la tensione a circuito aperto e la corrente di cortocircuito della cella.
2. Sfide con la tecnologia TOPCon
TOPCon realizza la passivazione superficiale applicando uno strato di ossido e uno strato di silicio policristallino sulla superficie della cella, riducendo le perdite per ricombinazione. Tuttavia, il raggiungimento di una maggiore efficienza con TOPCon presenta delle sfide, tra cui la complessità dei processi, la gestione dei costi e la difficoltà di ulteriori miglioramenti dell'efficienza.
3. Il ruolo dei materiali perovskitici
I materiali a base di perovskite sono ideali per incrementare l'efficienza delle celle solari grazie al loro elevato coefficiente di assorbimento, al band gap regolabile e alla possibilità di essere processati in soluzione. Combinando la perovskite con la tecnologia HJT, è possibile sfruttare l'elevata efficienza di quest'ultima e migliorarla ulteriormente grazie alle proprietà di assorbimento ad ampio spettro della perovskite.
4. Vantaggi dell'HJT combinato con la perovskite
a. Efficienza di conversione fotoelettrica superiore:L'aggiunta di perovskite amplia significativamente la risposta spettrale delle celle HJT, aumentando il numero di portatori di carica fotogenerati. Le celle HJT, con un limite di efficienza teorica del 27,5%, superano già le tecnologie fotovoltaiche tradizionali. La struttura a eterogiunzione, con strati alternati di silicio amorfo e cristallino, massimizza l'assorbimento della luce, migliorando l'efficienza di conversione energetica.
b. Maggiore stabilità:Le celle HJT offrono non solo una maggiore efficienza, ma anche una stabilità superiore. La struttura tandem HJT-perovskite mantiene un'efficienza più elevata durante il funzionamento a lungo termine, a differenza della struttura TOPCon-perovskite che, nonostante i costi di produzione inferiori, fatica a eguagliare le prestazioni di HJT in termini di efficienza.
c. Processo di produzione semplificato:La natura processabile in soluzione dei materiali a base di perovskite riduce i costi di produzione, un fattore critico per la riduzione del costo livellato dell'energia elettrica (LCOE). Le celle HJT presentano inoltre un vantaggio produttivo, grazie all'utilizzo della deposizione chimica da fase vapore a bassa temperatura (CVD) per depositare gli strati di silicio amorfo, seguiti da ossido conduttivo trasparente (TCO) e strati di silicio amorfo di tipo p o n. Questo processo semplificato riduce i costi e migliora i tassi di resa rispetto al processo di ricottura ad alta temperatura di TOPCon, che aumenta i costi di produzione e la variabilità della qualità.
d. Produzione ecocompatibile:I materiali a base di perovskite offrono un processo produttivo più ecocompatibile, in quanto non prevedono l'utilizzo di elementi tossici o rari. A differenza di alcuni materiali fotovoltaici che richiedono elementi pericolosi come piombo o cadmio, le perovskiti sono prive di tali tossine, riducendo i rischi per l'ambiente e la salute. Inoltre, le perovskiti non dipendono da elementi rari, la cui estrazione può danneggiare l'ambiente. La loro produzione consuma meno energia, con conseguente riduzione delle emissioni di carbonio.
In conclusione, la combinazione di HJT e perovskite rappresenta una direzione promettente per i futuri progressi nel campo del fotovoltaico, con vantaggi in termini di efficienza, stabilità, economicità e sostenibilità ambientale che superano TOPCon sotto molti aspetti.
