Nuovi progressi nelle celle solari multigiunzione
Grazie alle sue forti proprietà di assorbimento e all’ampia gamma di bande proibite l’InGaN offre un grande potenziale per lo sviluppo di dispositivi fotovoltaici (FV) multigiunzione ad alta efficienza. Tuttavia, a causa di vari fattori tecnologici, le sue efficienze di conversione non sono ancora sufficientemente alte da risultare competitive nel mercato. Nell’ambito di SOLARIN (Solar cells based on InGaN nanostructures on silicon), gli scienziati hanno adottato dei nuovi approcci alla progettazione della cella solare InGaN che possono portare all’ottenimento di celle multigiunzione che coprono l’intero spettro solare e offrono elevate efficienze di conversione. Delle importanti considerazioni, come ad esempio la stabilità in caso di alte quantità di radiazioni solari e la compatibilità con la tecnologia al silicio, sono state totalmente integrate nel progetto. La ricerca si è sviluppata a partire dagli studi fondamentali su singoli strati di InGaN su silicio fino ad arrivare a fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi che integrano l’InGaN nella regione a drogaggio di tipo P. Gli scienziati hanno usato l’epitassia da fasci molecolari assistita da plasma per controllare la crescita dello strato di InGaN, ottenendo dei film di InGaN di alta qualità con un elevato contenuto di indio (30 %). L’InGaN è stato depositato su uno strato cuscinetto di GaN su un substrato trasparente: zaffiro. Tuttavia, si può usare lo stesso metodo per substrati di silicio. Quando si sintetizzano dei film con un alto contenuto di indio, spessore e composizione del film non dipendono solo dalle condizioni di crescita, ma anche dallo stato di deformazione imposto dagli strati sottostanti. Gli scienziati hanno descritto l’interazione tra rilassamento della tensione e contenuto di indio negli spessi strati di InGaN. Il team ha inoltre sviluppato una progettazione con doppio contatto di tipo P basata su nichel e oro, superando in tal modo le preoccupazioni relative a trasparenza e raccolta del vettore. Anche se le celle solari appena sviluppate sono ancora ben lontane dal raggiungere efficienze da record, il lavoro è stato comunque innovativo poiché non è stato usato il trattamento della superficie e nemmeno il rivestimento superiore e posteriore. SOLARIN ha cercato di assicurarsi che l’Europa rimanga all’avanguardia nel FV ad alta efficienza. Le celle solari InGaN ad ampia banda rappresentano un importante fattore abilitante per una sempre più vasta gamma di tecnologie che includono FV integrato negli edifici, recinzioni elettriche alimentate a energia solare, pompe per acqua alimentate a energia solare, elettrificazione rurale con sistemi FV, sistemi per il trattamento delle acque, e veicoli spaziali e terrestri alimentati a energia solare.
Parole chiave
Multigiunzione, celle solari, InGaN, fotovoltaico, silicio, alimentato a energia solare
