Tecnologia dei pannelli solari a co-evaporazione termica a microcalcogenuro

Gli scienziati di Singapore hanno riesaminato tutte le tecniche di evaporazione termica utilizzate per produrre celle e moduli solari al calcogenuro e hanno scoperto che il nuovo metodo raggiunge rese ed efficienze del prodotto più elevate, nonostante i suoi limiti.

Gli scienziati dell'Energy Research Institute della Nanyang Technological University di Singapore hanno studiato come utilizzare l'evaporazione termica (TE), una tecnologia ben consolidata comunemente utilizzata nelle industrie microelettronica e fotovoltaica per produrre diodi organici a emissione di luce (OLED), contatti metallici e rivestimenti su una varietà di materiali, per realizzare moduli solari in microcalcite.

"Abbiamo analizzato l'uso di diverse tecniche basate sull'evaporazione per fabbricare film sottili di calcogenuro", ha detto la ricercatrice Annalisa Bruno a Photovoltaics, "Queste andavano dalla deposizione relativamente semplice da una singola fonte e dalla co-evaporazione multi-sorgente, alla più complessa evaporazione a più fasi e un mix di utilizzo dell'evaporazione termica con reazioni gassose e trattamento della soluzione."

Afferma che l'approccio combinato può sfruttare i punti di forza di entrambi i metodi, ma presenta anche alcune limitazioni, come una maggiore complessità e la necessità di utilizzare solventi.

Bruno ha affermato: "Riteniamo che l'evaporazione termica sia il metodo ideale per la deposizione rapida di strati di calcogenuro perché è facilmente scalabile, non contiene solventi nocivi ed è stata ben integrata nelle linee di produzione esistenti di fotonica e microelettronica".

Uno dei principali problemi con la co-evaporazione è la necessità di ottimizzare ampiamente i parametri per la deposizione di calcogenuri con stechiometria complessa, specialmente quando più di due o tre precursori vengono evaporati contemporaneamente, hanno detto i ricercatori. Hanno anche notato che lunghi tempi di deposizione possono rappresentare un ostacolo alla produzione commerciale, un problema che la maggior parte degli studi tende a ignorare.

Hanno quindi proposto una gamma di tecniche per la fabbricazione di celle solari e mini-assiemi al calcogenuro, che includono l'evaporazione termica a una fase, l'evaporazione termica a più fasi e la deposizione ibrida a più fasi.

Il team ha affermato: "È desiderabile produrre non solo pellicole di calcogenuro evaporato, ma anche moduli completamente evaporati utilizzando la stessa linea di produzione".

I vantaggi della tecnica includono un elevato grado di controllo del processo, controllo preciso dello spessore del film, facilità di fissaggio sequenziale di più strati di film e lavorabilità con basse temperature del substrato. I ricercatori affermano che i metodi consentono anche una migliore purificazione dei precursori durante la formazione del film, un'eccellente omogeneità spaziale nei lotti del dispositivo, una buona ripetibilità e rese elevate durante più cicli di produzione.

Dicono: "L'intero processo può essere controllato automaticamente ed è intrinsecamente attraente in termini di produzione su larga scala e ad alto volume". Descrivono queste tecniche di produzione nella loro recente pubblicazione "Evaporazione termica e deposizione ibrida di celle solari e microassemblaggi in titanite di calcio" su Joule.

Bruno afferma: "Riteniamo che la ricerca futura in questo campo dovrebbe concentrarsi su nuovi intercalari di dispositivi ottimali per migliorare la qualità e la trasparenza del materiale attivo, passivare i difetti attraverso la tecnologia del vuoto e migliorare la stabilità operativa per massimizzare il pieno potenziale del solare di titanite di calcio evaporato termicamente dispositivi."