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Sviluppo di celle solari CPV ad alta efficienza

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Sviluppo di celle solari CPV ad alta efficienza

Il rapporto tratta lo sviluppo di celle fotovoltaiche a 4 giunzioni basate sull’integrazione nella medesima camera di crescita MOCVD di composti III-V con quelli del gruppo IV: simulazione, drogaggio di tipo “p” di SiGe e Ge, ottimizzazione struttura cella InGaP, MESA etch, processo di taglio, assottigliamento TAIKO, coating via sputtering di Ta2O5/SiO2, Nb2O5/SiO2, (Nb2O5)x(SiO2)y, (Ta2O5)x(SiO2)y e GaN, caratterizzazione strutturale e drogaggio dei materiali, analisi preliminare ad alta risoluzione spaziale mediante il sistema EBIC.

La ricerca condotta in questa Linea di attività ha permesso di conseguire importanti avanzamenti sulla tecnologia fotovoltaica a concentrazione solare (CPV) in merito allo sviluppo di celle a 4 giunzioni basate sull’integrazione (nella medesima camera di crescita MOCVD) dei composti III-V con quelli del gruppo IV e di evidenziare alcune criticità. Nel corso delle attività, RSE ha scoperto che lo stagno è responsabile del degrado della morfologia dei composti III-V in relazione all’uso del Ge come substrato. In accordo con tali risultati, le simulazioni di risposta spettrale di dispositivi GaAs/SiGeSn hanno mostrato un valore elevato della velocità di ricombinazione all’interfaccia fra il GaAs e SiGeSn (>105 cm/sec). Per superare tale ostacolo, sono state individuate le sorgenti Bis (Ciclopentadienil) Magnesio (Cp2Mg) e il Trimetil Gallio (TMGa) per il drogaggio di tipo “p” dei composti del gruppo IV. Il drogaggio di tipo “N” è stato, invece, ottenuto sfruttando la contaminazione della camera di crescita prodotta dai composti III-V.
È stata inoltre ottimizzata la struttura di celle a singola giunzione InGaP e AlInGaP adatte all’integrazione in moduli luminescenti, ottenendo un aumento del 20% della corrente di corto circuito e del 3% della tensione di circuito aperto.
Per lo sviluppo del dispositivo a 4 giunzioni a 3 terminali, RSE ha implementato il processo MESA etch, che permette la deposizione di un terzo contatto elettrico “profondo”.
Allo scopo di ridurre i materiali necessari alla fabbricazione del dispositivo, e quindi, il costo del dispositivo stesso, è stata sperimentata la tecnica di assottigliamento “TAIKO”del substrato di Ge. È stato, inoltre, messo a punto il processo di separazione delle celle CPV dal wafer originario, mediante l’individuazione di parametri di taglio idonei.
In collaborazione al Dipartimento di Fisica dell’Università di Pavia, è infine, proseguito lo studio di coating antiriflettenti (ARC) basati su Ta2O5/SiO2, Nb2O5/SiO2, e deposizioni miste di (Nb2O5)x(SiO2)y in confronto con (Ta2O5)x(SiO2)y e GaN. Un dato di rilievo riguarda il processo di sputtering dell’ARC che è stato effettuato con successo su celle di InGaP, verificando l’assenza di deterioramento delle prestazioni dei dispositivi stessi.
Per la caratterizzazione strutturale dei materiali è stata utilizzata la diffrazione a Raggi X ad alta risoluzione, mentre per lo studio del drogaggio è stata utilizzata la tecnica Electrochemical Capacitance-Voltage. È stato inoltre condotto uno studio ad alta risoluzione spaziale delle proprietà elettrich

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