Gli scienziati cinesi costruiscono un modulo solare in kesterite da 10,48 cm2 con un'efficienza del 10,1%
Gli scienziati cinesi costruiscono un modulo solare in kesterite da 10,48 cm2 con un'efficienza del 10,1%
Il risultato di efficienza è stato confermato dal National Renewable Energy Laboratory degli Stati Uniti. Il modulo è stato realizzato con celle in kesterite con un'efficienza del 13,4%, progettate con elevata porosità e uniformità del film.
Da PV Magazine
Il pannello solare in kesterite proposto
Immagine: Università delle Poste e delle Telecomunicazioni di Nanchino
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Gli scienziati del Università delle Poste e delle Telecomunicazioni di Nanchino in Cina hanno fabbricato una kesterite (CZTSSe) prototipo di modulo solare in grado di raggiungere unPpotenzaefficienza di conversione del 10,1%.
I ricercatori hanno affermato che il risultato è stato certificato dal Dipartimento di Laboratorio nazionale per le energie rinnovabili dell'Energia (NREL).
Il nuovo modulo si basa su Celle solari CZTSSe con un'efficienza del 13,4%. Il record mondiale per tali cellule è 14,6%, conseguito dall'Accademia cinese delle scienze (CAS) nel giugno 2024.
Kesterite è uno dei materiali più promettenti per l'assorbimento della luce, candidato per un potenziale utilizzo in celle solari a film sottile a basso costo. Le kesteriti includono elementi comuni come rame, stagno, zinco e selenio. A differenza SIGARETTE composti, non si prevedono colli di bottiglia nella fornitura in futuro. Tuttavia, la kesterite è ancora meno efficiente del CIGS nella produzione di massa.
Gli accademici hanno spiegato che il processo di fabbricazione basato sulla soluzione di film sottile Cellule CZTSSe Il processo prevede due fasi critiche: la deposizione del precursore e la cristallizzazione ad alta temperatura. Questo percorso apparentemente chiaro nasconde un'importante insidia: le reazioni di fusione multifase causano facilmente disomogeneità compositiva e fluttuazioni delle proprietà elettroniche nel film, diventando un ostacolo al miglioramento dell'efficienza e all'industrializzazione delle celle solari CZTSSe.
"Abbiamo fatto un passo avanti nel raggiungimento della cristallizzazione diretta della trasformazione di fase basata sul metodo di soluzione Cu+-Sn4+, portando l'efficienza delle celle solari CZTSSe a oltre il 13%", ha dichiarato l'autore corrispondente della ricerca. Shaoying Wang, ha detto rivista fotovoltaica, sottolineando tuttavia che una delle sfide più grandi del loro lavoro è stata quella di mantenere un'elevata efficienza a livello di modulo.
"Inizialmente, l'efficienza del nostro primo modulo CZTSSe fabbricato era solo del 4,3%, con una sorprendente perdita di efficienza di conversione di potenza da cella a modulo (CTMPCE) del 56,81%, il che rivela una dura verità: il successo di celle di piccola area ad alta efficienza in laboratorio è ben lungi dall'essere equivalente alla produzione di film assorbenti di alta qualità su larga scala", ha spiegato. "Abbiamo inoltre intrapreso un'esplorazione approfondita della grande perdita da cella a modulo".
Attraverso la caratterizzazione e l'analisi della morfologia del film e della distribuzione degli elementi durante le diverse fasi del processo di cristallizzazione, è emersa una questione chiave: durante la fase iniziale della selenizzazione, sulla superficie del film si forma già uno strato cristallino denso, che agisce come una barriera invisibile come un guscio duro e ostacola seriamente la successiva penetrazione del vapore di selenio all'interno del film.
"Ciò ostacola la crescita dei grani in direzione verticale e si traduce in una scarsa uniformità del film e in un'elevata rugosità superficiale", ha affermato Wang. "Il film assorbente non uniforme non consente la produzione di dispositivi efficienti e di grandi dimensioni, il che spiega le scarse prestazioni e l'elevata perdita di CTM dei nostri moduli precedenti".
Il gruppo ha deciso di modificare la microstruttura del film precursore utilizzato per l'assorbitore di perovskite e di regolarne la porosità per impedire la rapida formazione di uno strato superiore denso nella fase iniziale della selenizzazione e creare più spazio per la successiva permeazione del selenio (Se) e più tempo per la crescita laterale dei grani, nel tentativo di migliorare l'uniformità del film.
La microstruttura del film precursore era strettamente legata alla composizione della soluzione precursore, basata sulla tiourea (Tu), un reagente che si decompone durante la decomposizione termica e rilascia gas volatili dal film, contribuendo così ad aumentarne la porosità.
"Pertanto, regoliamo sistematicamente il rapporto tra Tu e ioni metallici nella soluzione precursore e studiamo la morfologia del film", ha proseguito Wang. "I risultati sono stati incoraggianti: dopo aver aumentato il contenuto di Tu, il film precursore è diventato più poroso e meno compatto, consentendo la formazione di uno strato cristallino superiore più compatto in una fase iniziale della selenizzazione, che consente a una maggiore penetrazione di Se nella massa del film e offre più spazio per la crescita laterale dei grani, migliorando infine l'uniformità e la planarità superficiale del film assorbente CZTSSe".
La cella da 0,1 cm2 è stata costruita con un substrato di vetro sodico-calcico (SLG) e rivestito con molibdeno (Mo), un assorbitore CZTSSe, uno strato di solfuro di cadmio (CdS), uno strato tampone costituito da ossido di zinco (ZnO), uno strato di ossido di indio e stagno (ITO) e contatti metallici in alluminio (Al) e nichel (Ni).
"Grazie alla migliore uniformità del film assorbente, abbiamo raggiunto con successo un'efficienza media del 13,4% per le celle singole con una deviazione standard molto bassa e un'efficienza dell'8,91% per il modulo solare", ha sottolineato Wang. "Ma non è finita qui. Abbiamo ulteriormente modificato la struttura del modulo per ridurre il contatto non ideale e lo shunt causato dalla resistenza in serie, ottenendo un'efficienza certificata del 10,1% e un'area di apertura di 10,48 cm² con un CTMPCE basso del 25,3% e la più bassa perdita CTM in tensione a circuito aperto (0,93%) e corrente di cortocircuito (7,03%) tra i moduli solari a film sottile emergenti all'avanguardia".
"Questo non è solo il primo modulo CZTSSe con efficienza record elaborato tramite soluzione, ma anche un percorso per comprendere e affrontare le sfide alla base della fabbricazione di film sottili inorganici tramite un approccio di soluzione", ha concluso. "Questo lavoro fornisce un percorso tecnico chiaro e fattibile per l'elaborazione tramite soluzione di celle e moduli solari a film sottile in composti inorganici di grandi dimensioni e ad alte prestazioni."
La nuova tecnologia delle celle e dei pannelli è stata presentata nel documento “Modulo solare in kesterite trattato in soluzione con efficienza certificata del 10,1%,” che è stato recentemente pubblicato in energia della natura.
Nell'aprile 2023, altri ricercatori dell' Università delle Poste e delle Telecomunicazioni di Nanchino progettato un kester (CZTSSe) cella solare attraverso un nuovo approccio di selenizzazione che, secondo quanto riferito, ha garantito la alta qualità cristallina di Assorbitori CZTSSe, con pochi difetti.