Le celle solari al tellururo di cadmio mostrano una forte resistenza dopo 30.000 orbite intorno alla Terra

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Un team di ricerca internazionale ha scoperto che le celle solari al tellururo di cadmio (CdTe) non presentano segni di delaminazione delle celle, né deterioramento della corrente di cortocircuito e della resistenza in serie dopo aver funzionato per quasi sei anni su un satellite in orbita attorno alla Terra.

Gli scienziati hanno integrato le celle sul satellite AlSat-1N 3U CubeSat, lanciato dall’India in un’orbita di 661 km × 700 km il 26 settembre 2016.

“Siamo molto soddisfatti che una missione progettata per durare un anno sia ancora funzionante dopo sei”, ha dichiarato Craig Underwood, autore principale della ricerca. “Questi dati dettagliati dimostrano che i pannelli hanno resistito alle radiazioni e la loro struttura a film sottile non si è deteriorata nelle difficili condizioni termiche e di vuoto dello spazio”.

I ricercatori hanno costruito le celle utilizzando un vetro di copertura ultra-sottile in allumino-silicato drogato di cerio sviluppato dal fornitore di prodotti fotonici Qioptiq Space Technology (QST). Su questo substrato hanno depositato gli strati di ossido conduttore trasparente (TCO) e di CdTe a film sottile tramite deposizione in fase di vapore chimico metal-organico (MOCVD).

“Il leader dell’industria, allora come oggi, per la produzione di CdTe è First Solar Inc. che utilizza la deposizione da vapore ad alta velocità (HR VTD)”, sottolineano gli studiosi. “Gli autori ipotizzano che qualsiasi futura adozione su larga scala di CdTe direttamente su vetro di copertura impiegherà questo processo di produzione maturo HR VTD, con un costo di produzione intrinsecamente più basso rispetto al MOCVD”.

La cella è stata progettata con un contatto frontale in ossido di zinco (AZO) drogato con alluminio, uno strato trasparente ad alta resistività (HRT) in ossido di zinco, uno strato finestra di tipo n in solfuro di cadmio e zinco (Cd0,3Zn0,7S), un assorbitore di tipo p in tellururo di cadmio drogato con arsenico (CdTe:As), contatti in oro (Au) e un vetro QST spesso 100 μm.

Schema della cella solare

Immagine: Swansea University, Acta Astronautica, Creative Commons License CC BY 4.0

Testata sulla terra, la cella ha raggiunto un’efficienza media di conversione dell’energia del 12,1%, una corrente a circuito aperto di 788 mV, una densità di corrente a corto circuito di 28,0 mA-cm-2 e un fattore di riempimento del 76,4%.

In orbita, le celle hanno sopportato cicli di temperatura tra +85 C e -40 C senza cambiamenti significativi nelle prestazioni o segni di delaminazione, secondo il team di ricerca.

Le loro misurazioni I-V hanno mostrato, tuttavia, che i dispositivi hanno subito un significativo degrado della resistenza di shunt. “Attribuiamo questo fenomeno alla diffusione dell’oro dal contatto posteriore nello strato di CdTe, formando dei micro-shunt lungo i confini dei grani”, hanno specificato i ricercatori. “Qualsiasi dimostrazione futura della tecnologia CdTe TFSC richiederà lo sviluppo di una nuova architettura di contatto posteriore per realizzare il vero potenziale di queste celle per il volo spaziale”.

I risultati sono presentati nel documento “IAC-22-C3.3.8 Six years of spaceflight results from the AlSat-1N Thin-Film Solar Cell (TFSC) experiment“, pubblicato su Acta Astronautica. “I risultati potrebbero spianare la strada per la realizzazione di impianti solari commercialmente validi nello spazio”, hanno dichiarato gli scienziati.

Il team di ricerca comprende accademici dell’Università del Surrey e dell’Università di Swansea nel Regno Unito, nonché dell’Agenzia spaziale algerina (ASAL). Gli scienziati dell’Università del Surrey hanno progettato gli strumenti per misurare le prestazioni delle celle in orbita, mentre il Surrey Space Centre e l’ASAL hanno progettato il satellite. I ricercatori del Centre for Solar Energy Research dell’Università di Swansea hanno sviluppato le celle CdTe.

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