Fotovoltaico economico a base di Cigs sviluppato nei laboratori Imem del Cnr di Pisa.
Un passo avanti verso la produzione a basso costo di pannelli fotovoltaici innovativi a film sottile, basati su diseleniuro di rame, indio e gallio: è lo studio pubblicato su "Applied Physics Letters".
Il fisico Massimo Mazzer dell’Imem-Cnr (Istituto dei materiali per l’elettronica ed il magnetismo del Consiglio nazionale delle ricerche di Parma) spiega così i contenuti della ricerca: «Questo materiale policristallino, noto con l’acronimo di Cigs, è ideale per applicazioni fotovoltaiche soprattutto perché assorbe la luce in modo molto efficiente. È però complesso da sintetizzare sotto forma di film sottile mantenendo le necessarie caratteristiche di composizione chimica e di struttura cristallina. Finora per la deposizione dei film si è ricorsi a processi di sintesi complessi, che richiedono numerosi passaggi in condizioni anche molto diverse di temperatura e pressione: la produzione su scala industriale di moduli fotovoltaici a base di Cigs non è pertanto decollata a causa degli alti costii».
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un processo «che consente di depositare film sottili di Cigs con un unico passaggio a temperature di circa 270°C, molto più basse dell’attuale limite inferiore di circa 400°C dichiarato da altri centri di ricerca e industriali in tutto il mondo. Questo importante risultato è stato ottenuto grazie a una tecnica che utilizza delle scariche elettriche controllate per vaporizzare istantaneamente il Cigs dalla superficie di un lingotto e trasferirlo sul substrato della cella solare. Nei laboratori dell’Imem siamo riusciti a controllare le proprietà termodinamiche di queste nuvole di atomi generate dagli impulsi elettronici fino a ottimizzare la formazione e la crescita del film sottile».
In termini di efficienza il 15% ottenuto col nuovo processo è in linea con i migliori risultati raggiunti finora su scala industriale «ma ci aspettiamo - sottolinea Massimo Mazzer - di riuscire a colmare ulteriormente il gap con l’attuale record mondiale del 20,3% ottenuto in laboratorio dai ricercatori dello Zsw di Stoccarda. Uno dei principali vantaggi che derivano dall’abbattimento delle temperature è la possibilità di produrre celle solari a film sottile di Cigs su un’ampia gamma di substrati, tra cui nastri metallici o materiali plastici flessibili, realizzando per esempio prodotti fotovoltaici da integrare nell’edilizia, dove si consumano i due terzi circa di tutta l'energia elettrica distribuita dalla rete».
La ricerca è finanziata dal Ministero dello Sviluppo Economico all'interno del programma Industria 2015.
Fonte: ufficio stampa CNR, 9 ottobre 2012
“15% efficient Cu(In,Ga)Se2 solar cells obtained by low-temperature pulsed electron deposition”
Applied Physics Letters, 24 Settembre 2012, volume 101, issue 13
, , , , , , , , , , , , , and
Abstract
An approach to low-cost production of Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) solar cells based on pulsed electron deposition (PED) has achieved a crucial milestone. Lab-scale solar cells with efficiencies exceeding 15% were obtained by depositing CIGS from a stoichiometric quaternary target at 270 °C and without any post-growth treatment. An effective control of the p-doping level in CIGS was achieved by starting the PED deposition with a layer of NaF tailored to generate the optimum Na diffusion. These results show that PED is a promising technology for the development of a competitive low-cost production process for CIGS solar cells.
Il fisico Massimo Mazzer dell’Imem-Cnr (Istituto dei materiali per l’elettronica ed il magnetismo del Consiglio nazionale delle ricerche di Parma) spiega così i contenuti della ricerca: «Questo materiale policristallino, noto con l’acronimo di Cigs, è ideale per applicazioni fotovoltaiche soprattutto perché assorbe la luce in modo molto efficiente. È però complesso da sintetizzare sotto forma di film sottile mantenendo le necessarie caratteristiche di composizione chimica e di struttura cristallina. Finora per la deposizione dei film si è ricorsi a processi di sintesi complessi, che richiedono numerosi passaggi in condizioni anche molto diverse di temperatura e pressione: la produzione su scala industriale di moduli fotovoltaici a base di Cigs non è pertanto decollata a causa degli alti costii».
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un processo «che consente di depositare film sottili di Cigs con un unico passaggio a temperature di circa 270°C, molto più basse dell’attuale limite inferiore di circa 400°C dichiarato da altri centri di ricerca e industriali in tutto il mondo. Questo importante risultato è stato ottenuto grazie a una tecnica che utilizza delle scariche elettriche controllate per vaporizzare istantaneamente il Cigs dalla superficie di un lingotto e trasferirlo sul substrato della cella solare. Nei laboratori dell’Imem siamo riusciti a controllare le proprietà termodinamiche di queste nuvole di atomi generate dagli impulsi elettronici fino a ottimizzare la formazione e la crescita del film sottile».
In termini di efficienza il 15% ottenuto col nuovo processo è in linea con i migliori risultati raggiunti finora su scala industriale «ma ci aspettiamo - sottolinea Massimo Mazzer - di riuscire a colmare ulteriormente il gap con l’attuale record mondiale del 20,3% ottenuto in laboratorio dai ricercatori dello Zsw di Stoccarda. Uno dei principali vantaggi che derivano dall’abbattimento delle temperature è la possibilità di produrre celle solari a film sottile di Cigs su un’ampia gamma di substrati, tra cui nastri metallici o materiali plastici flessibili, realizzando per esempio prodotti fotovoltaici da integrare nell’edilizia, dove si consumano i due terzi circa di tutta l'energia elettrica distribuita dalla rete».
La ricerca è finanziata dal Ministero dello Sviluppo Economico all'interno del programma Industria 2015.
Fonte: ufficio stampa CNR, 9 ottobre 2012
“15% efficient Cu(In,Ga)Se2 solar cells obtained by low-temperature pulsed electron deposition”
Applied Physics Letters, 24 Settembre 2012, volume 101, issue 13
, , , , , , , , , , , , , and
Abstract
An approach to low-cost production of Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) solar cells based on pulsed electron deposition (PED) has achieved a crucial milestone. Lab-scale solar cells with efficiencies exceeding 15% were obtained by depositing CIGS from a stoichiometric quaternary target at 270 °C and without any post-growth treatment. An effective control of the p-doping level in CIGS was achieved by starting the PED deposition with a layer of NaF tailored to generate the optimum Na diffusion. These results show that PED is a promising technology for the development of a competitive low-cost production process for CIGS solar cells.
Commenti