I ricercatori dell’Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) e dell’Università Johannes Kepler di Linz hanno sviluppato un semplice metodo di co-evaporazione per sintetizzare nanoparticelle di diseleniuro di rame indio gallio (CIGSe). Le nanoparticelle si autoassemblano in una pellicola sottile formando nanocristalli di seleniuro. Se combinata con uno strato tampone di solfuro di cadmio (CdS), la cella solare basata su nanoparticelle CIGSe produce un’efficienza di conversione di potenza migliorata di circa il 12,6%, un aumento assoluto del 2,5% rispetto a un dispositivo di riferimento senza nanoparticelle.

Le celle solari CIGSe ultrasottili promettono un basso consumo di materiale e una produzione economicamente vantaggiosa, ma l’efficienza delle celle risente dell’insufficiente assorbimento della luce nella regione del vicino infrarosso (NIR) a causa dello spessore ridotto dello strato CIGSe che assorbe la luce. Per superare questo problema, i ricercatori dell’HZB e dell’Università Johannes Kepler di Linz hanno introdotto una nuova strategia per sintetizzare le nanoparticelle CIGSe.

Le nanoparticelle si autoassemblano in una pellicola sottile durante il processo di coevaporazione. A causa dell'elevata energia libera superficiale delle nanoparticelle, gli atomi di seleniuro dello strato tampone CdS possono facilmente migrare nel film CIGSe e formare nanocristalli di seleniuro con dimensioni e distribuzione spaziale controllate. La formazione di nanocristalli di seleniuro può estendere il bordo di assorbimento della luce alla regione NIR e migliorare la conversione della luce NIR.

La cella solare ottimizzata CIGSe basata su nanoparticelle presenta un'efficienza del 12,6%, che rappresenta un notevole miglioramento rispetto a una cella di riferimento senza nanoparticelle. Questo studio dimostra un approccio semplice e scalabile per fabbricare celle solari CIGSe ultrasottili ad alte prestazioni. L’approccio potrebbe essere esteso anche ad altre celle solari a film sottile, come CdTe e CZTSSe.