LEGACY

La tecnologia fotovoltaica (PV) offre una fantastica opportunità per rendere il mondo più verde. Tuttavia, il vasto potenziale energetico del sole (8000 volte i bisogni dell'umanità) è sfruttato a malapena a causa della limitata efficienza dei pannelli fotovoltaici commerciali. Il mercato PV di oggi è dominato dalle celle solari di prima generazione basate sul silicio, ma la loro efficienza di conversione della potenza (massima del 26,1%) sta raggiungendo un punto morto, a causa della ricombinazione di Auger. A differenza del Si, il semiconduttore stabile alogenuro Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) non è influenzato da Auger a causa del suo gap di banda diretto che richiede film più sottili per assorbire la luce solare nel PV di seconda generazione. Pertanto, il vantaggio competitivo del silicio sarà eroso da CIGS quando questo mostrerà efficienze più elevate. Il gap di banda di CIGS è regolabile da circa 1,0 eV (CuInSe2, CIS) a circa 1,7 eV (CuGaSe2, CGS), soddisfacendo esattamente i requisiti di Shockley-Queisser per la conversione efficiente dell'energia solare sia in celle singole che doppie. Le celle CIGS basate su composizioni Ga-povero mostrano la massima efficienza di tutte le pellicole sottili policristalline commerciali: 23,3%. Al contrario, CIGS ricco di Ga è bloccato al 12%. Questo è un peccato, perché una CIGS efficiente potrebbe consentire la PV a doppia giunzione con un'efficienza superiore al 40%. La tecnologia CIGS beneficia di oltre 30 anni di R&S, dove il doping estrinseco e l'ingegneria del offset di banda hanno svolto ruoli chiave nel miglioramento delle proprietà optoelettroniche di massa e dell'interfaccia, rispettivamente. In analogia, LEGACY mira a migliorare le proprietà optoelettroniche di massa e di interfaccia di CuGaSe2 con l'obiettivo di migliorare l'efficienza delle celle solari CIGS CuGaSe2. Nel 2018, il PI (UniGe) ha dimostrato che il sodio può aumentare la diffusione reciproca di In e Ga in CIGS, a differenza di quanto accettato per 20 anni. La scoperta è stata seguita da modelli atomici che descrivono l'effetto degli asportatori estrinseci sulle barriere di migrazione degli difetti puntiformi nel semiconduttore. LEGACY si basa sul modello atomistico rivoluzionario del PI e su strategie di doping combinatorio per ingegnerizzare la mobilità e la posizione dei difetti puntiformi dannosi in CuGaSe2, curando così la debolezza optoelettronica di massa di CuGaSe2. Nel 2017, Larsson et al. hanno ottenuto una nuova cella solare CuGaSe2 di record mondiale adottando un buffer (Zn,Sn)Ox che sembra migliorare l'offset di banda. Sfortunatamente, la deposizione atomica dello strato buffer (Zn,Sn)Ox è difficilmente scalabile industrialmente. Più recentemente, le simulazioni di capacità delle celle solari di Liu et al. hanno suggerito buffer TiO2. Il TiO2 può essere facilmente depositato da percorsi più scalabili e rispettosi dell'ambiente. LEGACY indaga sperimentalmente i buffer di strato TiO2 per le celle solari CuGaSe2, costruendo sull'esperienza di fabbricazione di dispositivi di Stefano Rampino (CNR), curando così la debolezza dell'interfaccia del dispositivo CuGaSe2. Le due attività sperimentali sono supportate teoricamente da Riccardo Freccero (UniGe) per esplorare il legame chimico del doping estrinseco e da Giovanna Sozzi (UniPr) per una modellistica più profonda del dispositivo della cella solare, consolidando così la nostra comprensione della tecnologia.