Un gruppo di ricercatori guidati dall’Università di Stanford e dal centro di ricerca belga Imec ha sviluppato un nuovo processo di produzione per realizzare celle solari in dicalcogenuro di metalli di transizione (TMD) in modo scalabile, avvicinandole così alla produzione commerciale.
I TMD sono materiali bidimensionali con notevoli proprietà semiconduttive ed elevati coefficienti di assorbimento ottico. Questo li rende adatti alla produzione di celle solari semitrasparenti e flessibili con potenziali applicazioni nel settore aerospaziale, nell’architettura, nei veicoli elettrici e nell’elettronica indossabile, dove la leggerezza, l’elevato rapporto potenza/peso e la flessibilità sono molto desiderabili.
“Abbiamo sviluppato un metodo scalabile e di facile produzione di massa che produce film di diseleniuro di tungsteno (WSe2) di grado fotovoltaico, su scala wafer, con una struttura stratificata di van der Waals e caratteristiche superiori, tra cui tempi di vita dei portatori di carica fino a 144 ns, oltre 14 volte superiori a quelli di qualsiasi altro film di TMD a grande superficie precedentemente dimostrato”, ha dichiarato a pv magazine il coautore della ricerca, Koosha Nassiri Nazif.
Il gruppo ha progettato un film multistrato di WSe2 sputtered con uno spessore di 15-30 nm per applicazioni su wafer da 150 mm mediante un processo di selenizzazione basato su un selenio solido (SS-Se) a 900 C o su precursori di idrogeno selenizzato (H2Se) a basso budget termico a 650 C. Il film di WSe2 risultante ha un bandgap energetico compreso tra 1,2 eV e 1,3 eV, che gli scienziati hanno descritto come quasi ideale per la raccolta di energia solare.
Secondo quanto riferito, il film presenta caratteristiche superiori rispetto ai precedenti rapporti di selenizzazione, oltre a superfici lisce e uniformi. Secondo i ricercatori, con contatti e drogaggio migliorati, potrebbe raggiungere un’efficienza fino al 22,3% in un progetto ottimizzato di cella solare.
I nostri modelli realistici mostrano che tali tempi di vita dei portatori corrispondono a circa il 22% di efficienza di conversione di potenza e a circa 64 W g-1 di potenza specifica in una cella solare impacchettata, o a circa 3 W g-1 in un modulo solare completamente impacchettato”. I risultati di questo studio potrebbero facilitare la produzione di massa di celle solari multistrato WSe2 ad alta efficienza a basso costo”, ha dichiarato Nassiri Nazif.
Il nuovo concetto di cella è stato descritto nell’articolo “Toward Mass Production of Transition Metal Dichalcogenide Solar Cells: Scalable Growth of Photovoltaic-Grade Multilayer WSe2 by Tungsten Selenization”, pubblicato recentemente su ACS Nano. Il team di ricerca comprende accademici dell’Università del Colorado Boulder e del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, nonché dell’Università di Hasselt e dell’Università di Anversa in Belgio,
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