I ricercatori della Technical University della Danimarca sono riusciti a sviluppare una cella solare in tandem basata su materiali sostenibili, che batte persino il record mondiale di efficienza energetica nella sua categoria
Passi avanti per le celle solari silicio- CZTS grazie alla ricerca danese
(Rinnovabili.it) – La ricerca fotovoltaica ha un nuovo fiore all’occhiello: le celle solari silicio-CZTS create dal progetto ALTCELL. Per diversi anni, i ricercatori della Technical University della Danimarca (TUD) hanno lavorato a stretto contatto con la società danese di catalisi Haldor Topsøe per creare un nuovo fotovoltaico tandem ad alte prestazioni che fosse anche sostenibile. oggi l’obiettivo è stato raggiunto e l’iniziativa di ricerca ALTCELL è pronta a mostrarne i risultati. “Questa è la prima volta che qualcuno sviluppa una cella solare in tandem funzionale costituita da una cella di silicio coperta da una cella a film sottile realizzata con materiale sostenibile come il CZTS”, spiega Jørgen Schou, ricercatore senior e capogruppo alla DTU Fotonik oltre che responsabile del progetto.
CZTS è il nome abbreviato che viene dato alle kesteriti, composti molto stabili e basati su elementi comuni come rame, zinco, stagno e zolfo. Dal punto di vista ottico ed elettronico questi materiali presentano proprietà simili a quelle del CIGS (rame indio gallio seleniuro), tali da renderli adatti all’impiego come assorbitore nelle celle fotovoltaiche a film sottile. E rispetto al CIGS i suoi componenti non sono rari né tossici. Sull’altro piatto della bilancia c’è però l’efficienza: il valore più alto raggiunto in questi anni, in laboratorio, è solo il 13 per cento.
Ma anziché lavorare semplicemente sulla resa delle kesteriti, gli scienziati della TUD hanno deciso di accoppiarla al silicio, il materiale di punta nel settore fotovoltaico. Nascono così le nuove celle solari silicio-CZTS, il cui vantaggio è essenzialmente “un migliore assorbimento dell’energia dai raggi del sole rispetto ai tipi di celle solari che dominano oggi il mercato”.
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L’idea di creare un’unità in tandem per aumentare le prestazioni non è certamente nuova. Lo è invece quella si basarla su materiali sostenibili, ma allo stesso tempo competitivi. Il progetto ALTCELL è riuscito a capire come integrare una cella di silicio con uno strato di film sottile in CZTS, passaggio particolarmente sfidante per la nuova tecnologia. Il CZTS si trova in cima nell’architettura cellulare e assorbe i fotoni più ricchi di energia dalla parte visibile dello spettro luminoso; il resto della luce continua il suo viaggio fino allo strato di silicio, che funziona meglio nello spettro infrarosso. “La combinazione è eccellente – afferma Schou – perché insieme assorbono energia da ampie parti dello spettro luminoso”.
Una tipica cella in silicio cristallino vanta attualmente un’efficienza energetica di circa il 20 per cento. Aggiungendo in cima una sottile strato di kesterite, si potrebbe raggiungere almeno un 30 per cento. Il condizionale è d’obbligo perché, sebbene il lavoro abbia già raggiunto un record mondiale per questo tipo di “mix”, è ancora lontano dalla cifra desiderata. Nel contempo il team sta cercando di portare l’efficienza della cella CZTS a circa il 17-18 per cento. “Abbiamo trovato una tecnica per produrre il film sottile, quindi il problema da risolvere ora è quello di migliorare la produzione in modo economicamente efficiente e, una volta riusciti a ottimizzare le tecniche e aumentare l’efficienza del CZTS, sono convinto che questo tipo di cella solare in tandem diventerà un elemento importante nel mercato fotovoltaico del futuro. Tuttavia, ci vorranno ancora alcuni anni prima risolvere tutte le sfide”.
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