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rapporti - Deliverable

Sviluppo di celle CPV ad alta efficienza

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Sviluppo di celle CPV ad alta efficienza

Il rapporto presenta i risultati della realizzazione di celle fotovoltaiche InGaP a singola giunzione per moduli luminescenti e dello sviluppo di celle a multigiunzione per moduli ad alta concentrazione basate sugli elementi III-IV-V. Sono riportate le attività di deposizione MOCVD di SiGeSn, del processo litografico per celle a concentrazione, della deposizione via magnetron sputtering di ossidi antiriflettenti Ta2O5, SiO2 e Nb2O5 e della selezione delle tecniche TAIKO e LELO per l’assottigliamento delle celle fotovoltaiche.

Nell’arco del presente triennio di ricerca, l’attività condotta da RSE sta perseguendo l’obiettivo di procedere dagli esperimenti di laboratorio sui materiali alla realizzazione di prototipi di celle fotovoltaiche
a concentrazione (CPV) innovative ad alta efficienza, producendo un innalzamento del TRL da 3 a 4. In particolare, la Linea di Attività 1.01 del Progetto RdS 1.1 ha come obiettivo finale la realizzazione di celle
CPV a 4 giunzioni, da impiegare in moduli ad alta concentrazione solare, ottenute combinando i materiali dei gruppi III-V con quelli del gruppo IV e la realizzazione di celle InGaP ad alta efficienza, da impiegare
in moduli luminescenti integrabili negli edifici. Le attività di ricerca riguardano sia gli aspetti di crescita dei materiali con il sistema di deposizione MOCVD, che la loro caratterizzazione ed i processi postcrescita, per la realizzazione finale delle celle CPV. Per quanto riguarda le attività di crescita, sono state sviluppate soluzioni innovative che permettono di evitare, durante la deposizione del SiGeSn, la formazione di segregati di stagno, che a loro volta, limitano i valori di efficienza. Sono stati, inoltre, svolti i primi esperimenti di integrazione della eterostruttura SiGeSn/Ge con gli elementi III-V (GaAs, InGaAs, AlAs). Lo sviluppo delle celle InGaP ha permesso di validare le previsioni effettuate nel triennio precedente, misurando una potenza del 100% superiore a quella prodotta dalle celle al Si, attualmente utilizzate nei moduli luminescenti. Nell’ambito dei processi post crescita, è stato completato lo sviluppo del processo di litografia da fascio elettronico, per la realizzazione di celle fotovoltaiche miniaturizzate, di dimensione 2.4 x 2.4 mm2. Sono stati anche sviluppati i processi di deposizione degli ossidi antiriflesso, a base di Ta2O5, SiO2 e Nb2O5, con la tecnica PVD (Physical Vapor Deposition) via magnetron sputtering, che hanno permesso di ottenere “metamateriali” all’interno dei quali viene variato gradualmente il valore dell’indice di rifrazione tra 1 a 3, consentendo, così, un aumento della trasmissione della luce nella cella fotovoltaica. Sono state, infine, selezionate due tecniche di assottigliamento del substrato della cella: il processo Taiko, in cui il retro del wafer viene rimosso con una fresa ed il processo Epitaxial Laser Lift Off (LELO), che permette di separare la cella dal substrato generando alla loro interfaccia dei difetti. I materiali depositati per MOCVD e per PVD sono stati caratterizzati tramite microscopia elettronica a scansione, profilometria, diffrazione a raggi X, ellissometria e fluorescenza a raggi X.

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