Fraunhofer ISE raggiunge un’efficienza del 30,6% per il tandem perovskite-silicio

I ricercatori del Fraunhofer ISE hanno sviluppato una cella solare tandem in perovskite-silicio utilizzando una cella bottom TOPCon con superfici frontali testurizzate standard. I loro risultati dimostrano che le celle bottom TOPCon possono avere prestazioni paragonabili a quelle delle celle a eterogiunzione nei dispositivi tandem in termini di resistività shunt, supportando una produzione industriale scalabile ed economica.

Dicembre 4, 2025 Emiliano Bellini

Immagine: Fraunhofer ISE

I ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per i sistemi energetici solari (Fraunhofer ISE), in Germania, hanno realizzato una cella solare tandem in perovskite-silicio che si basa su un dispositivo fotovoltaico inferiore con un design TOPCon e un’elevata qualità di passivazione.

“Abbiamo costruito il primo dispositivo tandem in perovskite-silicio che integra una cella inferiore TOPCon con un lato anteriore testurizzato standard industriale, raggiungendo un’efficienza superiore al 30%“, ha dichiarato Mario Hanser, autore principale della ricerca, a pv magazine. “Dimostrare che il design della cella TOPCon2 e il suo flusso di processo snello sono compatibili con l’integrazione tandem perovskite/silicio segna un passo fondamentale verso la produzione industriale efficiente in termini di costi di celle solari tandem”.

Nell’articolo “Fully-Textured Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells Exceeding 30% Efficiency on Both Side Tunnel Oxide Passivating Contacted Bottom Cells” (Celle solari tandem in perovskite/silicio completamente testurizzate con efficienza superiore al 30% su entrambe le celle inferiori con contatti passivanti in ossido tunnel), pubblicato di recente su RRL Solar, Hanser e i suoi colleghi hanno spiegato che la cella inferiore proposta si basa su due contatti passivanti in ossido tunnel a copertura totale sviluppati attraverso depositi di strati di silicio amorfo drogato in situ su un solo lato.

Questa configurazione cellulare presenta una struttura piramidale casuale su scala micrometrica sul lato anteriore, che gli scienziati hanno descritto come standard nelle linee di produzione del silicio e in grado di fornire una maggiore resistività di shunt. Hanno inoltre sottolineato che gli shunt locali nell’emettitore TOPCon sono identificati come una delle principali sfide per la progettazione delle celle solari TOPCon2, se confrontate con l’architettura eterogiunzione (HJT), poiché sono più frequenti nei wafer di tipo n dove lo strato p-TOPCon sulla superficie posteriore forma la giunzione pn.

Gli scienziati hanno utilizzato la deposizione chimica da vapore potenziata al plasma (PECVD) per la deposizione idrogenata di nitruro di silicio (SiNy) in wafer con un lato posteriore p-TOPCon planare e la deposizione di ossido di alluminio e nitruro di silicio (AlOx-SiNy), con entrambi i lati della cella ricotti in un forno a 650 °C.

“Sui wafer con lato posteriore testurizzato, la metallizzazione posteriore è costituita da uno strato composto da ossido di indio e stagno (ITO) e argento (Ag), mentre i lati posteriori p-TOPCon planari sono direttamente a contatto con l’Ag”, hanno specificato, sottolineando che dopo la deposizione mediante sputtering dell’ITO è stata utilizzata una ricottura con piastra riscaldante per evitare danni.

*Schema della cella tandem. Immagine: Fraunhofer ISE*

La cella TOPCon inferiore è stata quindi integrata in un dispositivo tandem con un dispositivo perovskite superiore costruito con un substrato ITO, uno strato di trasporto dei fori (HTL) costituito da un acido fosfonico chiamato carbazolo metil-sostituito (Me-4PACz), un assorbitore in perovskite, uno strato di trasporto degli elettroni (ETL) basato sul buckminsterfullerene (C60), uno strato tampone in ossido di stagno (SnOx), un rivestimento antiriflesso a base di fluoruro di magnesio (MgF2) e un contatto metallico in argento.

Testata in condizioni di illuminazione standard, la cella tandem ha raggiunto un’efficienza di conversione energetica del 30,6%, una tensione a circuito aperto di 1.930 mV, una densità di corrente di cortocircuito di 19,8 mA cm2 e un fattore di riempimento dell’80%. I test hanno dimostrato che la cella ha raggiunto prestazioni paragonabili a quelle di una cella tandem di riferimento basata su un dispositivo HJT inferiore.

“Ciò indica chiaramente che la formazione e le prestazioni della cella superiore non sono influenzate dal tipo di substrato di silicio, SHJ o TOPCon”, hanno sottolineato gli scienziati. “Si prevede che questo risultato sia trasferibile ad altri concetti di cella inferiore caratterizzati da un contatto frontale n-TOPCon testurizzato, ad esempio le celle solari TOPCon interdigitate (iTOPcon)”.

Guardando al futuro, gli scienziati intendono trasferire il progetto della cella proposto al materiale Czochralski (CZ) rilevante dal punto di vista industriale.

Altri ricercatori del Fraunhofer ISE hanno recentemente applicato, per la prima volta, il cosiddetto approccio di metallizzazione frontale con maschera e piastra allo sviluppo di celle solari tandem in perovskite-silicio. Hanno realizzato una cella solare tandem da 1,21 cm² con un dispositivo a eterogiunzione inferiore. La cella ha raggiunto un’efficienza del 19,35%, secondo quanto riferito il valore più alto raggiunto finora per questo tipo di cella utilizzando la metallizzazione frontale galvanica.

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