I ricercatori dell’Università di Uppsala, in Svezia, hanno realizzato una cella solare a calcoprite bifacciale (ACIGS) che, secondo quanto riportato, può raggiungere un’efficienza di conversione energetica del 15,1% e un fattore di bifaccialità del 68%.
La principale caratteristica tecnica della cella è l’utilizzo di un contatto posteriore in ossido di indio drogato con titanio (ITiO), specificamente progettato per mitigare le perdite ottiche tipicamente associate ai materiali di contatto posteriore trasparenti (TBC) convenzionali e altamente drogati. Questi materiali tradizionali tendono ad assorbire una parte significativa della luce infrarossa vicina (NIR) incidente, riducendo così l’efficienza complessiva del dispositivo.
Al contrario, ITiO offre un’elevata conduttività elettrica combinata con una trasparenza superiore nella regione NIR, consentendo una trasmissione della luce più efficace agli strati attivi della cella, pur mantenendo un’efficiente raccolta di carica. “Questo non è il primo tentativo di esplorare ITiO come contatto posteriore per le celle solari a calcopirite”, ha dichiarato Jan Keller, autore principale della ricerca, a pv magazine.
L’ITO è stato preferito al semplice ossido di indio-stagno (ITO) come contatto posteriore perché la sua maggiore stabilità termica e chimica durante la deposizione ACIGS, combinata con una trasparenza leggermente migliore nel vicino infrarosso, consente una migliore raccolta della luce dal lato posteriore e un’efficienza complessiva della cella solare superiore.
La cella è stata realizzata con un substrato di vetro sodico-calcico (SLG), un TBC a base di ITiO, uno strato precursore di fluoruro di sodio (NaF), un assorbitore ACIGS spesso 1 µm, uno strato tampone di solfuro di cadmio (CdS) e una pila di strati finestra di ossido di zinco (ZnO).
Attraverso misurazioni dell’effetto Hall, gli scienziati hanno scoperto che l’ITiO presenta una mobilità significativamente più elevata e una densità di portatori inferiore rispetto all’ITO convenzionale, con il TBC che mantiene le sue proprietà elettriche dopo la deposizione ACIGS ad alta temperatura. La caratterizzazione ottica ha anche dimostrato che l’ITiO ha un assorbimento dei portatori liberi inferiore rispetto all’ITO, spostando le perdite parassite molto più in là nell’infrarosso e risultando in un assorbimento di solo il 5% al band gap ACIGS di 1,1 eV, rispetto al 25% per l’ITO.
Di conseguenza, la densità di corrente di cortocircuito con illuminazione posteriore è significativamente più elevata per ITiO (22,7 mA/cm²) rispetto a ITO (19,7 mA/cm²), mentre la tensione a circuito aperto rimane simile, intorno ai 595 mV. Con illuminazione frontale, le celle migliori mostrano efficienze comparabili del 15,1% per ITiO e del 15,4% per ITO, a dimostrazione che il nuovo TBC supporta eccellenti prestazioni del dispositivo. L’efficienza con illuminazione posteriore, tuttavia, beneficia notevolmente di ITiO, raggiungendo il 10,2% contro l’8,8% per ITO, principalmente a causa delle ridotte perdite ottiche e del minore assorbimento dei portatori liberi (FCA).
L’analisi dell’efficienza quantica interna (IQE) ha confermato che le perdite residue derivano principalmente dalla ricombinazione e dall’assorbimento incompleto nell’assorbitore ACIGS piuttosto che dal TBC.
“Il nostro lavoro dimostra che l’ITiO può sostituire il molibdeno (Mo) opaco come contatto posteriore trasparente nelle celle ACIGS bifacciali”, ha affermato Keller. “La nuova sfida principale ora consiste nel minimizzare le perdite elettriche all’interfaccia del contatto posteriore, che diventano il fattore critico che limita le prestazioni. I futuri miglioramenti dovrebbero concentrarsi anche sul miglioramento ulteriore della raccolta dei portatori di carica sul lato posteriore e sulla riduzione dell’assorbimento parassita nei contatti anteriori.”
Il dispositivo è stato presentato nell’articolo ” Titanium-Doped In 2 O 3 : A High-Mobility, Thermally Stable Back Contact for Bifacial Chalcopyrite Solar Cells “, pubblicato su RRL Solar . Il team di ricerca comprendeva anche accademici dell’Università di Loughborough nel Regno Unito.
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