I ricercatori del Visvesvaraya National Institute of Technology, in India, hanno proposto una nuova struttura di celle solari in diseleniuro di rame, indio e gallio (CIGS) che utilizza il disolfuro di tungsteno (WS 2) come strato del campo superficiale posteriore (BSF).
Gli strati BSF sono costituiti da una regione con drogaggio più elevato sulla superficie posteriore della cella solare e sono comunemente utilizzati per aumentare la tensione di un dispositivo.
Il WS2 – un rivestimento lubrificante a film secco estremamente scorrevole che funziona in condizioni difficili – può essere utilizzato nelle celle solari come strato di trasporto degli elettroni o strato tampone, e i nanostrati e le nanoparticelle preparati da polveri elettroniche di WS2 sono comunemente applicati alla nanoelettronica, all’optoelettronica, ai dispositivi di rilevamento dei gas, alle reazioni di evoluzione dell’idrogeno e ai dispositivi di stoccaggio dell’energia.
“La novità di questo lavoro di ricerca è che per la prima volta attraverso un lavoro di simulazione, nella storia delle celle solari CIGS, è stata ottenuta un’efficienza del 25,70% con uno spessore dello strato assorbente CIGS di 200 nm e uno spessore dello strato del campo superficiale posteriore di 50 nm”, ha detto a pv magazine l’autore corrispondente della ricerca,Sushama M. Giripunje .
Ha anche spiegato che la minimizzazione dello spessore delle celle CIGS è finalizzata a ridurre il consumo di materiali di terre rare come indio e gallio, nonché il loro costo per watt. “Questo impatto sarà evidente nella scala di produzione di massa delle celle solari CIGS”, ha aggiunto. “Questo tipo di struttura non è stato segnalato in precedenza, a quanto ne sanno gli autori”.
Gli scienziati hanno utilizzato il software di capacità delle celle solari SCAPS-1D , sviluppato dall’Università di Ghent, per simulare la nuova configurazione delle celle. Hanno ipotizzato che la cella si basasse su uno strato di contatto posteriore in nichel (Ni), uno strato PEDOT:PSS, un assorbitore CIGS, uno strato tampone in WS 2 , uno strato finestra basato su ossido di zinco (ZnO) e un elettrodo anteriore in alluminio (Al).
“Lo strato BSF, situato sulla superficie posteriore della cella, può ridurre la ricombinazione dei portatori di carica, come elettroni e lacune, il che a sua volta diminuisce la perdita di portatori”, ha affermato il gruppo. “Un altro fattore che contribuisce è la riflettanza; qui, parte della luce incidente può essere riflessa nella cella dallo strato BSF nella sua capacità di strato riflettente. Migliorare il percorso della luce all’interno della cella aumenta l’assorbimento e aumenta la produzione di corrente”.
Gli scienziati hanno simulato le prestazioni del dispositivo in condizioni di illuminazione standard e hanno scoperto che raggiungeva un’efficienza di conversione di potenza del 25,7%, una tensione a circuito aperto di 0,81 V, una densità di corrente di cortocircuito di 39,33 mA/cm2 e un fattore di riempimento del 79,89%.
“A una densità di difetti di 10 cm3 per lo strato assorbente CIGS, il dispositivo fornisce la migliore uscita e, dalla variazione della resistenza in serie e dello shunt, è stato confermato che un valore basso della resistenza in serie e una maggiore resistenza dello shunt sono favorevoli per prestazioni migliori”, hanno spiegato ulteriormente.
Il nuovo concetto di cella è stato presentato nell’articolo “Progettazione e simulazione di una nuova struttura di dispositivo di celle solari CIGS ultra-sottili altamente efficienti: piano per ridurre al minimo il costo per watt “, recentemente pubblicato sul Journal of Physics and Chemistry of Solids .
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