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Il solare fotovoltaico (FV), per la grandissima abbondanza della fonte, la bassa emissione di CO2 sul ciclo di vita, il costo di produzione competitivo con le fonti energetiche basate su combustibili fossili, sta assumendo il ruolo di protagonista nello sviluppo di un sistema elettrico decarbonizzato col quale ridurre le emissioni di gas serra in modo da contrastare il riscaldamento globale. Lo sviluppo di tecnologie FV di nuova generazione, ad alta efficienza basate su materiali e architetture di dispositivo innovativi può rappresentare un nodo cruciale per affrontare una delle sfide del Green Deal europeo e cioè eliminare entro il 2050 le emissioni nette di gas a effetto serra.

Il progetto ha la finalità di studiare materiali innovativi che possano concorrere allo sviluppo di una tecnologia FV ad alta efficienza, affidabile nel tempo e che utilizzi materie prime sostenibili ed esenti da problemi di disponibilità. Verranno sviluppati materiali da utilizzare per una nuova generazione di celle solari tandem, architettura che prevede il collegamento di due celle deputate ognuna ad assorbire efficacemente una regione spettrale della luce, minimizzando le perdite per termalizzazione e il mancato assorbimento sotto-gap. Saranno studiati materiali (assorbitori e contatti selettivi) per celle in perovskite ed eterogiunzioni di silicio con l’obiettivo finale di progettare e realizzare celle tandem perovskite/silicio, perovskite/perovskite.

I materiali saranno selezionati anche in considerazione della possibilità di superare alcune criticità attualmente presenti nella tecnologia emergente delle perovskiti e nelle celle a eterogiunzione di Si. Per quanto riguarda la perovskite, film ibridi organici-inorganici con varie formulazioni sono utilizzati per realizzare celle solari sia a singola giunzione che a giunzione tandem con alte efficienze, ma, in vista di una potenziale applicazione industriale di tale tecnologia, bisogna dissipare dubbi legati all’utilizzo del piombo e dei gruppi organici per i loro possibili effetti rispettivamente sulla salute umana e sulla stabilità nel tempo dei dispositivi. Saranno, quindi, sviluppati film di perovskite di tipo inorganico, film di perovskite senza o con ridotto contenuto di piombo e più in generale perovskiti con differenti band-gap con l’obiettivo di realizzare dispositivi tandem in combinazione con celle di silicio o del tipo perovskite/perovskite. Per fare ciò, accanto allo studio degli assorbitori, sarà necessario valutare gli opportuni materiali trasportatori delle cariche, e si studieranno strategie per migliorare le interfacce tra la perovskite e i trasportatori di carica. Per quanto riguarda le celle a eterogiunzione di Si, si valuteranno materiali per contatti selettivi altamente trasparenti e alternativi ai film di silicio drogati depositati mediante PECVD con l’obiettivo di minimizzare gli assorbimenti ottici parassiti nella cella e di valutare tecniche di deposizione meno costose e con minori problemi di sicurezza per i processi produttivi. Saranno poi valutati materiali trasparenti e conduttivi per il contatto frontale dei dispositivi con l’obiettivo di ridurre l’utilizzo di elementi scarsamente disponibili, quali ad esempio l’indio contenuto nell’ossido di indio e stagno comunemente utilizzato nelle celle.

Gli obiettivi principali del progetto:

1. studio di film di perovskite con varie formulazioni chimiche (inorganica, senza o con ridotto contenuto di piombo, a bassa dimensionalità) a diverse gap da utilizzare in dispositivi FV;
2. studio di trasportatori di carica, di contatti trasparenti, anche ottenuti con materiali bidimensionali, e delle interfacce tra i vari strati delle celle;
3. realizzazione di celle tandem di nuova generazione perovskite/perovskite, perovskite/silicio e progettazione di un sistema in vuoto da ricerca per la deposizione di celle solari tandem utile per definire una successiva sperimentazione a partire dalle conoscenze maturate nel progetto.