Celle solari in kesterite: flessibili, economiche e prive di materiali tossici
(Rinnovabili.it) – Mai sentito parlare di kesterite sintetica (CZTS)? È la versione creata in laboratorio, del minerale scoperto nel 1958 in una miniera russa. E uno dei semiconduttori in lizza per il fotovoltaico di nuova generazione. Questo composto, basato su elementi comuni come rame, zinco e stagno, riesce ad assorbire la radiazione solare meglio del silicio, con la possibilità di creare pannelli e pellicole fotovoltaiche estremamente sottili. Ma come è facile intuire dalla data di scoperta del minerale, la ricerca sulle celle fotovoltaiche in kesterite è estremamente giovane. Fino a ieri l’efficienza di conversione più alta raggiunta con un’unità fv in CZTSSe era di appena il 12,6%.
Un piccolo ma fondamentale passo avanti è stato compiuto da un gruppo di ricerca congiunto dell’Accademia cinese delle scienze e dell’Università delle telecomunicazioni di Nanjing. Controllando una particolare fase del processo di sintesi il team è riuscito a sfornare celle solari in kesterite con un’efficienza certificata del 13,8%. E un picco massimo durante gli esperimenti del 14,1%.
I vantaggi della kesterite nel fotovoltaico a film sottile
La kesterite sintetica ricalca la formula chimica del minerale naturale (Cu2ZnSnS4) ma può contenere selenio (Se) al posto dello zolfo (S). Il materiale si presta all’uso nel fotovoltaico thin film grazie a un’alta stabilità e a buone proprietà ottiche ed elettroniche che lo rendono simile al CIGS (seleniuro di rame indio gallio). Ma al contrario di quest’ultimo o di altri film sottili come il CdTe, contiene solo elementi abbondanti e non tossici.
Nel loro studio i ricercatori, guidati dal Prof. Meng Qingbo e dal Prof. Xin Hao, hanno agito sulle pressioni della camera di reazione durante la selenizzazione, ossia il processo che espone la superficie del materiale ad un’atmosfera contenente selenio per ottenere CZTSSe. Nel dettaglio, applicando una pressione positiva nella camera, la pressione parziale del selenio diminuisce, riducendo la probabilità di collisione tra le molecole di questo elemento e il precursore della kesterite durante la formazione iniziale dei cristalli.
Il risultato? L’intervento ha permesso di ottenere un assorbitore CZTSSe cristallino con meno difetti e in un unico passaggio senza fasi secondarie. La cella solare in kesterite ha presentato un’efficienza di conversione del 14,1% sull’area totale, certificata a 13,8%, il risultato più alto raggiunto fino ad oggi. La ricerca è apparsa su Nature Energy (testo in inglese).