I fisici dell'Università del Lussemburgo insieme a scienziati internazionali hanno studiato il processo di ossidazione dei materiali delle celle solari i cui risultati potrebbero cambiare l'attuale modo di produrre celle solari. Lo studio è stato pubblicato sulla rinomata rivista Comunicazioni sulla natura nel luglio 2020.

I confini di fase sono punti critici per le proprietà dei materiali. Il team di ricerca ha appena scoperto che quando i materiali utilizzati per le celle solari sono vicini a un confine di fase, il processo di ossidazione crea molti più danni della semplice ossidazione.

Questa pubblicazione è il risultato di un progetto di ricerca quadriennale e di una proficua collaborazione all'interno del Dipartimento di Fisica e Scienza dei Materiali (DPhyMS) tra il Laboratorio per i Materiali Energetici (LEM) guidato dal Prof. Phillip Dale e il Laboratorio per il Fotovoltaico (LPV) guidato della prof.ssa Susanne Siebentritt. Il progetto è stato condotto con successo da Diego Colombara e Hossam Elanzeery, che all'epoca erano ricercatori post-dottorato e dottorandi presso l'Università del Lussemburgo, rispettivamente.

Il team spiega più in dettaglio il progetto.

Che cos'è un confine di fase per i materiali delle celle solari?

"Quando il ghiaccio si scioglie e diventa acqua, attraversa un confine di fase. In questo caso, è la temperatura che fa attraversare al materiale il confine di fase. Nei semiconduttori composti, come il seleniuro di rame indio, che viene utilizzato nelle celle solari, è la composizione che fa attraversare al materiale il confine di fase. Nel cristallo ideale, c'è tanto Cu quanto In, e quando c'è più Cu che In il materiale è in una fase diversa rispetto a quando c'è meno Cu che In."

Come controlli questo cambiamento?

"Possiamo controllare questo con il processo di deposizione. È noto da molto tempo, che quando il materiale si ossida, Per esempio, quando lo lasciamo troppo a lungo in aria, forma un ossido di indio. Quello che ora abbiamo trovato è:quando il materiale ricco di Cu si ossida, non solo forma ossido di indio ma diventa anche troppo ricco di Cu. Così, il Cu deve lasciare il materiale. E così facendo, ci vuole il selenio con sé, formazione di nuovi difetti, i posti vacanti al selenio. E quelli sono un male per le celle solari. Questa intuizione non è importante solo per il modo in cui produciamo le celle solari. I materiali di seleniuro hanno altre applicazioni nell'archiviazione dei dati, laser e comunicazione. I risultati saranno rilevanti anche per quegli altri seleniuri o solfuri che mostrano limiti di fase simili".

Come possiamo costruire celle solari migliori?

"Ora conosciamo il meccanismo alla base dell'emergere di questi difetti dannosi nelle nostre celle solari e abbiamo già scoperto che è possibile eliminare parzialmente questi difetti una volta che si sono formati, forzando un eccesso di selenio dall'esterno. Basandosi su questa base di conoscenze, progetteremo metodi di fabbricazione che prevengano del tutto la formazione di difetti, come parte della nostra tabella di marcia per una conversione più efficiente dell'energia solare."