09 ottobre 2012

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
S. Rampino, N. Armani, F. Bissoli, M. Bronzoni, D. Calestani, M. Calicchio, N. Delmonte, E. Gilioli, E. Gombia, R. Mosca, L. Nasi, F. Pattini, A. Zappettini, and M. Mazzer
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.

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