Gli scienziati del National Renewable Energy Laboratory hanno scoperto che certi difetti nelle celle solari al silicio possono effettivamente migliorare le loro prestazioni.
(Rinnovabili.it) – Non sempre la perfezione porta ai risultati migliori. Lo dimostra il fotovoltaico in silicio i cui difetti presenti nelle celle – in alcuni casi – potrebbero addirittura migliorarne le prestazioni. A sostenere questa tesi sono oggi alcuni ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell’Energia statunitense. In un articolo pubblicato ieri su la rivista Applied Physics Letters, gli scienziati riportano i risultati del loro lavoro di ricerca sui difetti del fotovoltaico in silicio, rivelando un aspetto inaspettato. Normalmente, i cosiddetti difetti a livello profondo nelle celle solari sono considerati uno svantaggio perché possono ricombinarsi con i portatori di carica, diminuendo l’efficienza di conversione della luce in elettricità del dispositivo stesso.
Secondo Pauls Stradins e il suo team, invece, se opportunamente ingegnerizzati tali difetti possono portare ad un incremento delle prestazioni, migliorando ad esempio la cattura dei portatori di carica fuori dalla cella e la superficie di passivazione dello strato assorbente (a cui spetta il compito di rallentare la reazione di corrosione dei materiali metallici) Sebbene si tratti di una ricerca ancora tutta teorica, lo studio suggerisce di introdurre dei difetti nel diossido di silicio (SiO2), uno strato sottile che fa parte del “contatto passivato” per la raccolta dei portatori di carica, ed all’interno dell’ossido di alluminio (Al2O3), lo strato di passivazione superficiale. In entrambi i casi infatti, sono state identificate delle specifiche irregolarità capaci di rendersi utili al fine del miglioramento delle prestazioni.
Trovare il difetto giusto è stato la chiave del processo. Per promuovere la raccolta dei portatori attraverso lo stato in biossido di silicio ad esempio, le imperfezioni devono avere livelli di energia al di fuori del bandgap del silicio ma vicino a uno dei limiti di banda per raccogliere selettivamente un tipo di photocarrier e bloccarne un altro. Attraverso simulazioni al computer il gruppo ha capito come rimuovere alcuni atomi in questi strati, sostituirli con elementi differenti (come ad esempio l’ossigeno) e creare così un difetto utile. I difetti sono stati poi ordinati in base al loro livello di energia e stato di carica. La ricerca è stata finanziata dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti attraverso il programma SunShot Initiative nell’ambito di un progetto congiunto tra il Georgia Institute of Technology, il Fraunhofer ISE, e il NREL. L’obiettivo? Sviluppare una cella solare al silicio con un’efficienza record.
