Cella solare a strato monograno flessibile e leggera di nuova generazione sviluppata dai ricercatori TalTech. Credito:Professor Jüri Krustok
Come risultato del loro progetto congiunto biennale, i ricercatori sui materiali della Tallinn University of Technology hanno migliorato l'efficienza delle celle solari di nuova generazione sostituendo parzialmente il rame con l'argento nel materiale assorbente.
Lo sviluppo economico e la crescita generale del consumo energetico hanno portato a un aumento della domanda di produzione di energia rispettosa dell'ambiente a costi inferiori. Le soluzioni più praticabili si trovano nel settore delle energie rinnovabili. Le nuove tecnologie per la produzione di energia dovrebbero fornire prodotti puliti, basso costo, soluzioni ecocompatibili con applicazioni versatili, rendendo l'energia solare la migliore soluzione oggi. I ricercatori sui materiali di TalTech stanno lavorando allo sviluppo della prossima generazione di celle solari fotovoltaiche a strato monograno.
Marit Kauk-Kuusik, ricercatrice senior presso il laboratorio di materiali fotovoltaici TalTech, afferma:"La produzione di celle solari al silicio tradizionali, iniziata negli anni '50, è ancora molto dispendiosa in termini di risorse ed energia. La nostra ricerca è focalizzata sullo sviluppo della prossima generazione di celle solari, cioè celle solari a film sottile basate su semiconduttori composti."
Una cella solare a film sottile è costituita da diversi strati sottili di materiali semiconduttori. Per celle solari a film sottile efficienti, come assorbitore deve essere utilizzato un semiconduttore con ottime proprietà di assorbimento della luce. L'assorbitore di silicio non è un candidato adatto per celle solari a film sottile a causa dell'assorbimento della luce non ottimale che porta a uno strato assorbente piuttosto spesso. I ricercatori della TalTech stanno sviluppando materiali semiconduttori composti chiamati kesteriti (Cu 2 ZnSn(Se, S) 4 ), che oltre all'ottimo assorbimento della luce, contengono elementi chimici della terra abbondanti e a basso costo (ad esempio rame, zinco , lattina, zolfo e selenio). Per produrre kesteriti, I ricercatori TalTech utilizzano una tecnologia a polvere monograno, che è unico al mondo.
"La tecnologia della polvere monograno che stiamo sviluppando differisce da altre tecnologie di produzione di celle solari simili utilizzate nel mondo in termini di metodo. Rispetto alle tecnologie di evaporazione sotto vuoto o sputtering, che sono ampiamente utilizzati per produrre strutture a film sottile, la tecnologia della polvere monograno è meno costosa, " dice Marit Kauk-Kuusik.
La tecnologia di crescita delle polveri è il processo di riscaldamento di componenti chimici in uno speciale forno a camera a 750 gradi per quattro giorni. Successivamente la massa ottenuta viene lavata e setacciata in apposite macchine. Il sintetizzato, microcristallino di alta qualità, la polvere di monograno viene utilizzata per la produzione di celle solari. La tecnologia delle polveri si differenzia da altri metodi di produzione in particolare per il suo basso costo, poiché non richiede alcuna costosa attrezzatura per alto vuoto.
Ricercatore senior presso il laboratorio di materiali fotovoltaici TalTech Marit Kauk-Kuusik. Credito:TalTech
La polvere monograno è costituita da microcristalli unici che formano celle solari in miniatura collegate in parallelo in un modulo di grandi dimensioni (ricoperto da uno strato tampone ultrasottile). Questo, però, offre importanti vantaggi rispetto ai moduli fotovoltaici della generazione precedente, cioè pannelli solari a base di silicio. Le celle fotovoltaiche sono leggere, flessibile, può essere trasparente, pur essendo rispettosi dell'ambiente e significativamente meno costosi.
L'indicatore della qualità del fotovoltaico è l'efficienza. L'efficienza dipende non solo dalle proprietà dei materiali utilizzati e dalla struttura della cella solare, ma anche sull'intensità della radiazione solare, angolo di incidenza e temperatura.
Le condizioni ideali per raggiungere la massima efficienza sono in montagne fredde e soleggiate, non in un deserto caldo, come ci si aspetterebbe, perché il calore non migliora l'efficienza della cella solare. È possibile calcolare la massima efficienza teorica per ogni pannello solare, quale, Sfortunatamente, è stato finora impossibile da raggiungere in realtà, ma è un obiettivo da perseguire.
"Abbiamo raggiunto il punto del nostro sviluppo in cui la sostituzione parziale del rame con l'argento nei materiali assorbenti la kesterite può aumentare l'efficienza del 2%. Questo perché il rame è di natura altamente mobile, causando un'efficienza instabile delle celle solari. La sostituzione dell'1% di rame con argento ha migliorato l'efficienza delle celle solari a strato monograno dal 6,6% all'8,7%, " dice Marit Kauk-Kuusik.
I due gruppi di ricercatori sui materiali di TalTech:i gruppi di ricerca di fisica dei materiali fotovoltaici e dei materiali optoelettronici hanno pubblicato un articolo "The effect of Ag alling of Cu 2 (Zn, Cd)SnS 4 sulle proprietà della polvere monograno e sulle prestazioni delle celle solari" in una rivista scientifica di alta qualità Journal of Materials Chemistry A .
