Celle solari poco costose ed efficienti
Le celle solari FV producono elettricità dalla luce. Anche se sono stati notevolmente migliorati, i materiali di oggi soffrono ancora di un’efficienza relativamente bassa e di costi elevati. Il progetto NANOCIS (Development of a new generation of CIGS-based solar cells), finanziato dall’UE, ha creato una rete di scambio per i ricercatori allo scopo di affrontare la questione. Gli obbiettivi dello studio includevano lo sviluppo di nuovi materiali a basso costo che promettono elevate efficienze attorno al 63 %. La ricerca si è concentrata sulle celle fatte con seleniuro di rame indio gallio (CIGS, copper indium gallium selenide), prodotte mediante deposizione di uno strato dei materiali semiconduttori su vetro o plastica. Tali celle offrono numerosi vantaggi, che includono un film semiconduttore relativamente sottile, flessibile, e che assorbe tuttavia molto la luce. Il progetto ha esaminato la progettazione, fabbricazione e le proprietà delle CIGS e di altri materiali candidati, testando allo stesso tempo nuovi concetti nella conversione FV in elettricità. Usando la modellazione quantistica, il team ha valutato e determinato la struttura di vari nuovi materiali sensibili a una banda di luce intermedia. Il lavoro ha inoltre portato al calcolo della retrodiffusione e di altre proprietà ottiche dei materiali. La ricerca ha prodotto liste di candidati idonei e di metodi per la deposizione degli strati necessari su una superficie. Il consorzio ha sperimentato varie combinazioni. Il team ha poi scelto il metodo dell’elettrodeposizione (ED). Essendo superiore in molti modi, la ED promette la capacità di fabbricare componenti di alta qualità con costi inferiori del 50 % rispetto alle alternative. Il processo consente inoltre una produzione rapida e affidabile di un efficiente strato FV. I ricercatori hanno anche adattato il metodo ED ad altri materiali, inclusi quelli assorbenti, e hanno preso in considerazione la sintesi di strati cuscinetto. Un composto di zinco (ZnO:CL) è stato scelto per lo strato della finestra ottica. Il materiale può essere semplicemente aggiunto e, quando viene combinato con un solvente organico, possiede trasparenza e stabilità sufficienti. Usando i materiali e i metodi testati, il consorzio ha prodotto una cella FV su scala di laboratorio. Il dispositivo possedeva un’efficienza di conversione molto scarsa, ma il team ha stabilito che il fattore limitante era la temperatura di ricottura durante la fabbricazione. Il gruppo ha inoltre testato e caratterizzato dei promettenti materiali basati su nanofosfori. Sulla base delle prove effettuate, il progetto NANOCIS è stato in grado di ottimizzare la progettazione dell’architettura per i futuri dispositivi FV. Questo lavoro promette una nuova generazione di celle solari più economiche e altamente efficienti.
Parole chiave
Celle solari, fotovoltaico, metodi deposizione, NANOCIS, CIGS, semiconduttore
