3Sun e l’Università di Catania sperimentano elettrodi di ossido di indio drogato con zirconio per celle solari

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Un gruppo di ricerca europeo guidato dall’Università di Catania ha testato l’uso dell’ossido di indio (In2O3) drogato con zirconio (Zr) come pellicola conduttiva trasparente nelle celle solari a eterogiunzione (HJT) in silicio sviluppate dal produttore di moduli 3Sun, un’unità dell’azienda energetica italiana Enel.

“La riduzione dell’uso dell’indio può essere ottenuta diminuendo lo spessore delle pellicole di ossidi conduttori trasparenti (TCO)”, hanno spiegato i ricercatori. “Il problema principale per un TCO con spessore ridotto è legato al conseguente aumento della resistenza del foglio. Pertanto, il punto chiave è il drogaggio dell’ossido di indio con impurità che possono migliorare la conduttività”.

Gli scienziati hanno testato la pellicola in diverse configurazioni, con diverse concentrazioni atomiche di Zr e spessore. Hanno deciso di drogare l’In2O3 con lo Zr, poiché si tratta di un metallo di transizione (TM) di tipo III che può essere realizzato con un’elevata mobilità e concentrazione di portatori.

Tutte le pellicole di questo esperimento sono state depositate a temperatura ambiente e sottoposti a un trattamento termico post-deposizione a 200 C° in aria. “Questo rende la procedura di sintesi compatibile con i processi di fabbricazione industriale e con le applicazioni in dispositivi flessibili con substrati polimerici”, hanno sottolineato i ricercatori.

Le pellicole sottili di ossido di indio drogato con zirconio (IZrO) sono state depositate in un’area di 4 cm x 4 cm. Mentre il valore standard della pellicola sottile nelle celle solari commerciali in silicio cristallino è solitamente di 100 nm, nel primo esperimento l’IZrO aveva uno spessore di 40 nm. Allo stesso tempo, il contenuto di Zr variava da 0,6% a 0,9%.

Con una concentrazione atomica di Zr dello 0,6%, sono state create delle pellicole con spessori diversi di 15 nm, 40 nm e 90 nm. “La piccola più sottile di 15 nm è stato confrontato con altre pellicole TCO ultrasottili (ITO-20 nm e AZO-20 nm), mostrando la più bassa resistenza del foglio”, hanno dichiarato gli studiosi.

Infine, il gruppo ha testato gli elettrodi di IZrO sulle celle Sun. Hanno utilizzato pellicola di IZrO da 90 nm come contatti anteriori e posteriori dei dispositivi HJT bifacciali in silicio. Le prestazioni degli elettrodi di IZrO sono risultate “paragonabili” a quelle delle controparti standard basate sull’ossido di indio-stagno.

“Questi risultati suggeriscono che le pellicole ultrasottili di IZrO possono essere utilizzate con successo per ridurre i costi e la quantità di indio utilizzato negli strati di ossido conduttivo trasparente a base di indio per le celle solari”, ha dichiarato il gruppo di ricerca.

Le nuove pellicole sono state presentate nello studio “Zirconium doped indium oxide thin films as transparent electrodes for photovoltaic applications”, pubblicato su Solar Energy Materials and Solar Cells. La ricerca è stata condotta da scienziati dell’Università di Catania, del Consiglio Nazionale delle Ricerche, di Enel Green Power, dell’istituto olandese AMOLF Physics of Functional Matter e dell’Università di Amsterdam.

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