Argento, bario, titanio e selenio utilizzati nel primo assorbitore di celle solari a film sottile

Schema della cella solare

Un nuovo progetto guidato dall'Università Autonoma di Querétaro, in Messico, ha aperto nuove strade nella ricerca sull'energia solare. Per la prima volta, hanno esplorato la creazione di celle solari a film sottile utilizzando un assorbitore unico composto da argento, bario, titanio e selenio (Ag2BaTiSe4).

La ricerca si è concentrata sull'esame di vari aspetti dell'assorbitore, come l'affinità elettronica, i difetti superficiali e la resistenza indesiderata. Il loro obiettivo era capire come questi elementi influenzano l'efficienza della cella solare. Per trovare opzioni più ecologiche rispetto al solfuro di cadmio (CdS) comunemente usato, il team ha sperimentato diversi strati tampone.

Utilizzando il software SCAPS-1D dell'Università di Gand, i ricercatori hanno simulato questo design innovativo di cella solare. Il progetto prevedeva strati di diseleniuro di molibdeno (MoSe2) e Ag2BaTiSe4 su un substrato di vetro, ricoperti con vari materiali tampone e rifiniti con pellicole conduttive e un contatto metallico.

Nella ricerca di tamponi alternativi, hanno preso in considerazione il CdS e nuovi composti come magnesio, calcio, stronzio e solfuro di bario. Il team ha valutato meticolosamente fattori come lo spessore dello strato e la concentrazione del trasportatore.

Hanno introdotto difetti neutri in corrispondenza di giunzioni cruciali nel loro modello per imitare le condizioni della vita reale e hanno studiato come questi influissero sulle prestazioni della cella. La spettroscopia di impedenza è stata utilizzata per analizzare l'accumulo di carica sull'interfaccia della cella.

I loro risultati erano promettenti. Con una concentrazione ottimale del vettore per MoSe2 e uno spessore specifico dell'assorbitore, hanno raggiunto efficienze fino al 18,84% con uno strato di solfuro di magnesio e persino superiori con altri materiali. La modifica dei parametri MoSe2 e delle proprietà dell'interfaccia potrebbe potenzialmente aumentare l'efficienza fino al 30% circa.

La ricerca ha evidenziato il ruolo significativo dei difetti di interfaccia, spesso causati da incoerenze strutturali e diffusione del metallo durante la produzione. Hanno suggerito tecniche di deposizione di strati, incisione, trattamenti termici e strati di passivazione per ridurre al minimo questi difetti.

Pubblicato sulla rivista Scientific Reports, il loro studio, intitolato "Celle solari emergenti Ag2BaTiSe4 altamente efficienti che utilizzano una nuova classe di buffer calcogenuri a base di metalli alcalino-terrosi alternativi al CdS", indica nuove entusiasmanti direzioni nella ricerca sul fotovoltaico. Utilizzando Ag2BaTiSe4 come assorbitore ed esplorando alternative tampone non tossiche, questa ricerca apre le porte alla creazione di celle solari a film sottile altamente efficienti e rispettose dell'ambiente.