(PhysOrg.com) -- Come parte dei recenti progressi nel miglioramento delle celle solari per un uso diffuso, ricercatori della Purdue University hanno progettato celle solari realizzate con materiali a basso costo, materiali abbondanti che sono facilmente scalabili e molto stabili. I ricercatori hanno aumentato l'efficienza dell'area totale delle celle solari al 7,2% e prevedono di apportare ulteriori miglioramenti in futuro.

I ricercatori, Qijie Guo, Grayson M. Ford, Wei Chang Yang, Bryce C. Walker, Eric A. Stach, Hugh W. Hillhouse, e Rakesh Agrawal, hanno pubblicato il loro studio sulle celle solari migliorate in un recente numero del Giornale dell'American Chemical Society. Hanno fabbricato le celle solari da rame-zinco-stagno-calcogenuro (CZTSSe), che è un materiale abbondante sulla Terra, utilizzando un metodo di deposizione di film sottile basato su soluzione. Ricerche precedenti hanno dimostrato che questi metodi possono fornire rendimenti elevati a costi di produzione inferiori rispetto ad altri metodi.

Il design della cella solare si basa sul precedente studio dei ricercatori in cui hanno dimostrato che le celle solari fabbricate utilizzando i nanocristalli CZTS sono potenzialmente vitali, anche se avevano efficienze inferiori all'1%. Qui, i ricercatori hanno apportato miglioramenti significativi al design mettendo a punto la composizione dei nanocristalli e sviluppando un metodo di rivestimento a film sottile più robusto.

Dopo aver sintetizzato i nanocristalli e averli applicati su un substrato per uno spessore totale del film di 1 micrometro, i ricercatori hanno osservato che il film di nanocristalli presentava grandi, grani densamente confezionati, che porta a una migliore efficienza delle celle solari. Nella prova, le celle solari potrebbero raggiungere un'efficienza totale dell'area del 7,2%. Come ha spiegato il coautore Hugh Hillhouse, l'efficienza dell'area totale si riferisce all'intera cella, piuttosto che solo l'"area attiva".

"È l'efficienza totale dell'area che conta di più, " disse PhysOrg.com. “Alcune persone segnalano un'efficienza di 'area attiva', che include solo le aree raggiunte dalla luce. Però, tutte le celle solari a film sottile sono realizzate con contatti metallici che impediscono alla luce di raggiungere alcune aree. Quando includi questa perdita, usiamo il termine efficienza di "area totale". È l'efficienza più giusta e importante”.

L'efficienza del 7,2% è stata raggiunta dopo "ammollo leggero" per 15 minuti sotto l'illuminazione di un solo sole; quando la luce è stata spenta, l'efficienza è scesa al 6,89%.

"L'assorbimento di luce significa semplicemente che emettiamo luce solare simulata di intensità normale sulla cella per un periodo di tempo prima di effettuare la misurazione, "Ha detto Hillhouse. “Molto probabilmente, l'ammollo leggero consente ai vettori fotogenerati di riempire le trappole, spostare i livelli di quasi Fermi, e/o barriere dello schermo create da offset di banda. Non rappresenta un problema poiché le celle solari reali sono naturalmente imbevute di luce:si siedono al sole”.

Sebbene attualmente non ci siano celle solari CZTS o CZTSSe sul mercato per il confronto, le celle solari in questo studio sono molto competitive con altri metodi di fabbricazione.

“Le migliori celle formate da processi sotto vuoto hanno raggiunto solo il 6,7%, "Ha detto Hillhouse. “In genere, le celle solari prodotte con processi basati sul vuoto sono state più efficienti, ma anche più costoso. Per il caso di CZTS, l'approccio della fase di soluzione (il nostro percorso dei nanocristalli e il percorso dell'idrazina di IBM) è più efficiente".

Una potenziale area di miglioramento per queste celle solari risiede nel miglioramento della loro bassa efficienza quantica per la luce di lunghezze d'onda più lunghe (cioè, nel vicino infrarosso). I ricercatori hanno tentato di migliorare questa efficienza aumentando lo spessore dell'assorbitore, sebbene i loro esperimenti iniziali abbiano mostrato che anche gli strati assorbenti più spessi avevano una maggiore resistenza. Nel futuro, hanno in programma di ottimizzare la fabbricazione di film più spessi, che potrebbe aumentare ulteriormente l'efficienza complessiva.

“C'è molta libertà compositiva nel sistema CZTSSe, ed è probabile che le composizioni ottimali, struttura del dispositivo, e le condizioni di lavorazione non sono ancora state trovate, ma ci stiamo lavorando, "Ha detto Hillhouse.

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Tutti i diritti riservati. Questo materiale non può essere pubblicato, trasmissione, riscritto o ridistribuito in tutto o in parte senza l'espresso permesso scritto di PhysOrg.com.