First Solar presenta cella solare CIGS con efficienza record mondiale del 23,64%

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Il produttore svedese di impianti fotovoltaici First Solar European Technology Center AB, una unit del produttore statunitense di moduli solari a film sottile First Solar, e l’Università di Uppsala hanno presentato una nuova cella solare basata sulla tecnologia del rame, indio, gallio e diseleniuro (CIGS).

Il First Solar European Technology Center era precedentemente noto come Evolar, un’azienda fondata nel 2019 dal produttore di film sottili CIGS Solibro, ora in fase di insolvenza. È stata poi acquisita da First Solar nel maggio 2023. L’azienda si concentra sullo sviluppo di soluzioni, comprese le attrezzature di produzione, per commercializzare la tecnologia solare tandem con film sottili di perovskite.

La nuova cella solare ha raggiunto un’efficienza massima di conversione di potenza del 23,75% e un’efficienza certificata del 23,64%, battendo così il precedente record mondiale del 23,35% ottenuto nel 2019 dalla giapponese Solar Frontier. Il tedesco Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) ha confermato il risultato.

“Abbiamo ottenuto questo risultato combinando quattro approcci diversi”, ha dichiarato alla rivista pv l’autore principale della ricerca, Jan Keller. “Abbiamo aggiunto una concentrazione relativamente alta di argento all’assorbitore e abbiamo implementato un profilo di profondità simile a quello del gallio (Ga). Inoltre, abbiamo adattato un trattamento post-deposizione (PDT) al fluoruro di rubidio (RbF) alla composizione dell’assorbitore e lo abbiamo sottoposto a un’illuminazione prolungata”.

Secondo il team di ricerca, questi processi sono stati in grado di migliorare la microstruttura, ridurre la densità dei difetti e attenuare le fluttuazioni del band gap, passivare la superficie dell’assorbitore e aumentare la densità di drogaggio. “Nel complesso, questo ha portato a una riduzione del deficit di tensione a circuito aperto, con conseguente elevata efficienza radiativa esterna dell’1,6%”, ha aggiunto Keller.

Nello studio “High-concentration silver alloying and steep back-contact gallium grading enabling copper indium gallium selenide solar cell with 23. 6% efficiency”, pubblicato di recente, Keller ha aggiunto: “Il seleniuro di rame e gallio è stato sottoposto a una drogatura di argento ad alta concentrazione. 6%”, pubblicato di recente su Nature Energy, la cella è stata costruita con un substrato di vetro rivestito di molibdeno (Mo), uno strato di fluoruro di sodio (NaF), l’assorbitore CIGS, lo strato RbF, uno strato tampone di solfuro di cadmio (CdS), uno strato finestra di ossido di zinco (i-ZnO), un film di ossido di zinco drogato con alluminio (ZnO:Al) e un rivestimento antiriflesso a base di fluoruro di magnesio (MgF2).

Gli scienziati hanno spiegato di aver utilizzato una quantità relativamente elevata di argento nell’assorbitore e di aver posizionato un profilo di gallio simile a una “mazza da hockey”, con un’alta concentrazione di Ga vicino al contatto posteriore di Mo e una concentrazione più bassa e costante nella regione più vicina allo strato tampone di CdS. Hanno inoltre applicato un trattamento standard di post-deposizione (PDT) con RbF, che ha permesso di ridurre lo spessore dello strato tampone di CdS a 25 nm.

“Il nostro studio dimostra che la tecnologia a film sottile CIGS è un’alternativa competitiva come cella solare indipendente. La tecnologia ha anche proprietà che possono funzionare in altri contesti, come la cella inferiore di una cella solare tandem”, ha detto il team di ricerca.

In prospettiva, gli scienziati hanno dichiarato di poter aumentare l’efficienza della cella a oltre il 25%. Questo obiettivo dovrebbe essere raggiunto evitando l’assorbimento parassitario negli strati finestra e tampone, mantenendo gli stessi livelli di tensione a circuito aperto e fattore di riempimento. “Per andare oltre questo livello, è necessario migliorare ulteriormente la qualità dell’assorbitore e realizzare valori di efficienza radiativa esterna (ERE) molto superiori all’1,6% per ridurre ulteriormente il deficit di tensione a circuito aperto e il fattore di idealità”, hanno concluso.

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