Utilizzo delle kesteriti per rivoluzionare le celle solari a basso costo
Oggigiorno, le celle solari a film sottile sono basate su calcogenidi come ad esempio il seleniuro di rame indio gallio (CIGS) e il tellururo di cadmio (CdTe). Tuttavia, tali celle solari presentano l’inconveniente intrinseco di contenere indio e tellurio, che sono degli elementi rari e costosi. Il cadmio è inoltre altamente tossico, provocando delle serie preoccupazioni ambientali. I ricercatori nell’ambito di PVICOKEST (International cooperative programme for photovoltaic kesterite based technologies) hanno valutato un materiale assorbente alternativo per tecnologie fotovoltaiche avanzate a film sottile. CIGS ha quasi la stessa struttura di una classe di materiali cristallini conosciuti come kesteriti, che possono contenere sostanze chimiche come ad esempio rame, zinco, stagno, selenio e zolfo, e niente indio. Le celle solari a base di kesterite potrebbero mostrare un’efficienza non particolarmente alta se confrontata con i loro omologhi a base di CIGS e CdTe (9,6 %). Tuttavia, ciò che rende unico questo film sottile è il fatto che esso è composto da materiali più economici, abbondanti e rispettosi dell’ambiente. Il team di PVICOKEST è riuscito a far crescere film e cristalli fatti di composti ternari, quaternari e pseudo-quaternari di kesterite e li ha inseriti in prototipi di dispositivi a celle solari. L’attenzione è stata concentrata sullo studio di come le loro proprietà fisico-chimiche e strutturali influiscono sulle prestazioni della cella solare. Usando differenti tecniche di microscopia e spettroscopia, il team ha fatto ulteriore chiarezza sulle proprietà elettroniche e strutturali della kesterite. In generale, i diagrammi di fase e le modifiche al cristallo della kesterite presentano delle sfide. I ricercatori hanno identificato le principali modalità vibrazionali della kesterite per differenti film e cristalli di kesterite e le hanno messe in relazione con la presenza di fasi ordinate e disordinate. Essi hanno anche sviluppato una metodologia per valutare le dimensioni del cristallo di solfuro di zinco nella regione interfacciale tra l’assorbitore di kesterite e lo strato del contatto posteriore. I ricercatori hanno ottenuto preziose informazioni sulla struttura elettronica a bande delle kesteriti contenenti stagno e germanio. Una scoperta interessante riguarda il fatto che è possibile progettare una banda proibita in una kesterite contenente stagno sostituendo il metallo con il germanio semiconduttore. Questo è particolarmente importante quando si sintetizzano celle solari tandem. Le tecnologie fotovoltaiche basate sulle kesteriti sono in grado di soddisfare i requisiti legati a costo, efficienza e sostenibilità per la produzione di massa delle celle solari. Le attività di ricerca di PVICOKEST hanno lavorato per tenere l’Europa sulla giusta strada per diventare un leader nel campo dell’energia solare.
Parole chiave
Kesteriti, celle solari, materiali assorbenti, indio, fotovoltaico
