La dottoressa Xiaojing Hao e il suo team hanno raggiunto quattro record di efficienza negli ultimi due anni. Credito:Università del New South Wales
Il ricercatore dell'energia solare dell'UNSW e Scientia Fellow Dr. Xiaojing Hao e il suo team hanno raggiunto due record mondiali di efficienza energetica per il materiale delle celle solari del futuro, kesterite di solfuro.
La dottoressa Hao e il suo team hanno infranto la barriera di efficienza del 10% non solo per la kesterite solforata, ma anche per una cella solare in kesterite di dimensioni standard, se materiale di solfuro puro o che incorpora selenio meno desiderabile.
Il risultato, che è pubblicato in un articolo in Energia della natura oggi, è il quarto record consecutivo di efficienza raggiunto dal gruppo guidato dal Dr. Hao in due anni.
Il Dr. Hao afferma che mentre l'efficienza energetica non è ancora a un livello utilizzabile nell'industria, i risultati sono promettenti per un materiale abbondante ed economico da acquistare.
"La kesterite solfuro è un composto costituito da rame, zinco, stagno e zolfo - quattro elementi economici e abbondanti nella crosta terrestre, " lei dice.
"Li chiamo materiali verdi, perché oltre ad essere abbondante, sono anche atossici."
Kesterite solfuro (Cu 2 ZnSnS 4 , indicato anche come CZTS) è un materiale semiconduttore a film sottile derivato dal materiale fotovoltaico (PV) CIGS (rame indio gallio (di) seleniuro) che è una tecnologia fotovoltaica a film sottile ad alta efficienza commercializzata che ha il vantaggio aggiuntivo di essere in grado di essere applicato su superfici flessibili.
Però, uno svantaggio di CIGS è che l'indio è relativamente raro e molto richiesto per l'uso in schermi piatti (come schermi televisivi, schermi per notebook, e touch screen), il che significa che è costoso. Una delle sfide delle celle solari è la dipendenza da materiali rari e tossici da utilizzare nella produzione di celle solari a film sottile.
"Il prezzo dell'indio è già alto e si prevede che continuerà a salire, perché il mercato degli schermi piatti è in crescita, " dice il dottor Hao.
Entra CZTS. Sostituendo indio e gallio con l'abbondante zinco e stagno, hai un composto che soddisfa i criteri di essere a basso costo, flessibile, non tossico e abbondante.
"In aggiunta a ciò, come fotovoltaico a film sottile autonomo, Il materiale correlato a CZTS ha la possibilità di essere utilizzato in una cella tandem con silicio poiché il suo bandgap può essere facilmente regolato su un'ampia gamma quando si lega con altri elementi, rendendolo ben abbinato agli elevati requisiti di bandgap per le celle superiori degli stack in tandem, "Il dottor Hao spiega.
"Il prerequisito chiave per tale sviluppo è che dobbiamo portare l'efficienza di CZTS oltre il 20% per vedere un'efficienza energetica totale di oltre il 30%, " dice il dottor Hao.
Un altro vantaggio dell'utilizzo della kesterite di solfuro è che i processi di produzione per CIGS sono facilmente adattabili alla produzione di CZTS. L'aggiunta del fatto che il film sottile può essere applicato su superfici flessibili lo rende un'alternativa interessante.
"Le celle fotovoltaiche flessibili sono leggere, estendendo il loro potenziale utilizzo per l'integrazione negli edifici e su altre superfici irregolari come automobili o velivoli senza pilota (UAV)."
Quindi CZTS è economico, abbondantemente di provenienza, flessibile, non tossico e facilmente integrabile nei processi produttivi esistenti. Mancano i livelli di efficienza energetica necessari per l'utilizzo commerciale del materiale.
Dati i progressi in termini di efficienza realizzati negli ultimi anni, dal 7,6% all'11%, la dott.ssa Hao ritiene che lei e il suo team siano sulla strada giusta per raggiungere livelli di efficienza del 15 o del 20%. Ma non si illude che accadrà dall'oggi al domani.
"Per ogni cambio di efficienza, abbiamo bisogno di una tecnologia rivoluzionaria per realizzarlo, " dice il dottor Hao.
"Con CZTS, ci sono ancora tante cose che non sappiamo. Svelare queste incognite è l'avventura più emozionante".
È piuttosto entusiasta delle recenti scoperte non pubblicate che potrebbero portare cambiamenti significativi. Per garantire che queste nuove scoperte vengano ulteriormente sviluppate, a fine anno chiederà un finanziamento per un nuovo progetto.
