Con le emissioni globali di anidride carbonica legate all'energia che hanno raggiunto il massimo storico nel 2021, la necessità di energia pulita è più urgente che mai. Una di queste alternative ai combustibili fossili è l'energia solare. Le celle solari sono state sviluppate con una varietà di materiali, ma il selenio (Se) è un'opzione desiderabile perché è a basso costo, stabile e non tossico, secondo Chao Chen del Wuhan National Laboratory for Optoelectronics (WNLO) e School of Optical Electronic Informazioni presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong, Cina.

Tuttavia, la sua efficienza è limitata dal suo basso punto di fusione e dall'ampio bandgap, l'intervallo in cui non possono esistere stati elettronici. Ora, Chen e altri ricercatori hanno superato queste limitazioni legando il selenio con il tellurio (Te), rendendo le celle solari al selenio un'opzione più interessante.

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati in Frontiers of Optoelectronics .

L'intervallo ottimale di bandgap per le celle solari a giunzione singola è 1-1,5 eV, secondo i ricercatori, ma il bandgap di Se è di circa 1,8 eV, il che lo rende più ampio dell'ideale per l'uso nelle celle solari. I ricercatori sono stati in grado di sintonizzare le celle solari sul limite di Shockley-Queisser, che è la massima efficienza teorica di una cella solare a giunzione singola, accoppiando il selenio con il tellurio.

"Legare [selenio] con tellurio, che ha la stessa struttura cristallina e [ha un] gap di banda stretto, può regolare il gap di banda e aumentare il punto di fusione, espandendo così lo spettro di assorbimento e migliorando la qualità dei film [della cella solare al selenio], " ha affermato Chen, professore associato presso la School of Optical Electronic Information presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong, che è l'autore corrispondente. "Pertanto Se_{1 - x} Te_x si prevede che la lega raggiunga il miglioramento dell'efficienza delle celle solari."

I ricercatori hanno anche utilizzato l'ossido di zinco (ZnO) come strato di trasporto degli elettroni nella fabbricazione delle celle solari a causa del corretto allineamento delle bande e della lieve reazione all'interfaccia dell'ossido di zinco e del selenio/tellurio.

"L'ossido di zinco è stato selezionato come strato di trasporto degli elettroni, che può reagire leggermente con Se per migliorare la sua adesione interfacciale e ridurre i legami penzolanti e quindi ridurre i difetti interfacciali", ha affermato Chen.

Chen ha affermato che questo uso dell'ossido di zinco è stata una delle nuove parti di questa ricerca, insieme all'analisi condotta dai ricercatori su alcuni aspetti delle celle solari al tellurio di selenio.

"Il meccanismo di ricombinazione e il tipo di difetto di Se_{1 - x} Te_x le celle solari in lega sono state analizzate mediante caratterizzazioni di corrente-tensione, capacità-tensione e temperatura dipendenti dall'intensità della luce, che aiuteranno a ottimizzare ulteriormente il Se_{1 - x} Te_x sistema di leghe", ha detto Chen.

Dopo aver fabbricato le nuove celle solari al tellurio di selenio con strati di trasporto degli elettroni di ossido di zinco, i ricercatori hanno scoperto che il nuovo materiale conserva i tratti positivi precedentemente noti di avere un grande coefficiente di assorbimento ed essere molto fotoconduttivo migliorando al contempo l'efficienza.

"L'efficienza di ZnO/Se_0.7 Te_0.3 le celle solari sono più che raddoppiate dopo nove mesi nell'aria", ha detto Chen. "ZnO/Se_0.7 Te_0.3 [è dimostrato come] una giunzione superiore con corrispondenza della banda energetica e stretta adesione, e l'efficienza dell'1,85% è stata raggiunta preliminarmente."

I ricercatori stanno ora cercando di migliorare la loro fabbricazione delle celle solari e quindi di scalare la tecnologia.

"Il prossimo passo sarà preparare Se₁ di alta qualità _{- x} Te_x film in lega—eliminano i fori, i difetti di posto vacante e così via—e ottimizzano la struttura del dispositivo—aggiungendo lo strato di trasporto dei fori e così via—in modo da migliorare ulteriormente l'efficienza di Se_{1 - x} Te_x celle solari in lega e ottenere una produzione di massa." + Esplora ulteriormente

Il team ottimizza la formula per le celle solari al cadmio-tellurio