Lunedì, 16 gennaio 2023

Celle solari Cd-free a base di kesterite accoppiata a film di titania

I risultati della ricerca pubblicati su ACS Materials Letters

scheme of a kesterite/titania solar cell

Tra le più promettenti tecnologie fotovoltaiche emergenti troviamo le celle solari di kesterite a base di zolfo (Cu2ZnSnS4, CZTS), semiconduttore di tipo p, ecosostenibile e basato su elementi abbondanti in natura, che mostra caratteristiche eccellenti soprattutto in termini di coefficiente di assorbimento. Tuttavia, i difetti interni del materiale e un allineamento non ottimale delle bande con il CdS, semiconduttore di tipo n con cui è accoppiato nella cella, limitano le prestazioni del dispositivo ad efficienze record non superiori all’11%. Il CdS inoltre è un materiale estremamente tossico e trovare un adeguato buffer layer alternativo al CdS è quindi diventata una necessità. Recentemente è stato suggerito il TiO2 come promettente sostituto del CdS in celle solari di CZTS: tuttavia, la ricerca sulle giunzioni CZTS/TiO2 è ancora molto limitata e le prestazioni finora riportate in letteratura sono generalmente molto basse.

I ricercatori del Dipartimento di Scienza dei Materiali e del Centro MIB-SOLAR dell’Università di Milano-Bicocca, in una ricerca guidata dal Dr. Giorgio Tseberlidis, dal Dr. Valerio Di Palma e dalla Prof.ssa Simona Binetti, hanno affrontato la sfida di costruire una cella solare a base di kesterite ecosostenibile ed efficiente in collaborazione con un gruppo di ricerca dell’ENEA di Roma. Il team congiunto ha ottenuto i film sottili di TiO2 mediante Atomic Layer Deposition con plasma di O2 e i dispositivi solari realizzati hanno dimostrato l'attuale efficienza record per l'eterogiunzione CZTS/TiO2 in configurazione standard, con η = 3,01%, Jsc di ~16 mA/cm2 e Voc ~460 mV, paragonabile ai dispositivi di riferimento CZTS/CdS (η ~ 4%) del team stesso.

I risultati della ricerca sono riportati nell’articolo “Titania as Buffer Layer for Cd-Free Kesterite Solar Cells" (DOI: 10.1021/acsmaterialslett.2c00933) pubblicato sulla rivista ACS Materials Letters (Impact Factor 11.170, Journal Citation Report (Clarivate Analytics, 2021)).