I moduli solari a base di silicio dominano il mercato attuale. Tuttavia, sono costosi e hanno un’elevata impronta di carbonio.
Sta emergendo una nuova generazione di moduli realizzati utilizzando un composto chiamato tellururo di cadmio (CdTe) e sono stati installati più di 25 GW.
L'efficienza dei pannelli solari si riferisce alla capacità dei pannelli di convertire l'energia solare in energia elettrica.
Gli esperti stanno cercando di migliorare l'efficienza dei moduli CdTe perché hanno il potenziale per essere competitivi in termini di efficienza, ma il costo di produzione è inferiore a quello dei moduli a base di silicio che utilizzano silicio monocristallino (c-Si).
moduli CdTe scartati. Anche l'impronta di carbonio del CdTe è la metà di quella dei moduli c-Si e ne garantisce il riciclaggio
L'efficienza del CdTe non trattato è molto bassa, solitamente solo circa l'1%. Tuttavia, quando il CdTe viene trattato con cloro (compreso il trattamento del CdTe con cloruro di cadmio a 420°C per 20 minuti), la sua efficienza aumenta notevolmente. L'efficienza record della batteria è del 22%.
Il dottor Pooja Goddardard e il professor Roger Smith dell'Università di Loughborough, nonché il dottor Peter Hatton e il dottor Michael Watts (laureati presso l'Università di Loughborough) hanno simulato per la prima volta il meccanismo mediante il quale il cloro migliora l'efficienza del CdTe.
La ricerca è stata condotta in collaborazione con il gruppo di ricerca sperimentale del professor Mike Walls presso il Loughborough Renewable Energy System Technology Center (CREST).
I risultati dello studio pubblicato oggi su Nature Communications possono migliorare la comprensione di come il cloro può migliorare le prestazioni elettriche e portare a ulteriori aggiustamenti, portando a una maggiore efficienza (> 25%). Ciò aiuterà i moduli solari CdTe a produrre elettricità a costi inferiori.
Nel tentativo di capire perché il cloro può aumentare l'efficienza, l'osservazione principale degli studi precedenti era che i difetti (chiamati 'difetti di impilamento') venivano rimossi dopo il trattamento con cloro.
Per molto tempo si è creduto che l'eliminazione dei difetti di impilamento fosse la ragione per migliorare l'efficienza. Tuttavia, i calcoli teorici del team di Loughborough mostrano che i difetti di impilamento non hanno alcun effetto sull’efficienza delle celle.
La ricerca precedente del team ha dimostrato che, al contrario, sono le regioni del materiale chiamate 'confini di grano', cioè i cristalli in direzioni diverse sono collegati tra loro, il che porta a una bassa efficienza della batteria.
Nella loro ultima ricerca, il team del Dr. Goddard ha utilizzato metodi di meccanica quantistica per comprendere il ruolo del cloro nel migliorare l'efficienza ed eliminare i difetti di impilamento.
I bordi di grano sono molto complessi e pieni di difetti, che possono agire come trappole di elettroni (particelle subatomiche che sono i principali portatori di elettricità in un solido), rendendo queste regioni 'attive'.
In un processo chiamato 'passivazione', il cloro può inattivare alcune trappole e rendere meno attivi i bordi dei grani, aumentando così l'efficienza del CdTe.
Il nuovo studio mostra che se c’è abbastanza cloro ai bordi dei grani, si attiverà il meccanismo a cascata, eliminando così i difetti di impilamento nella struttura.
'Anche se la scomparsa dei difetti di impilamento non è la causa dell'aumento di efficienza, se scompaiono, è un segnale che la batteria CdTe avrà buone prestazioni. Questo non è mai successo prima,' è stato chiesto al Dr. Goddard L'importanza di carta.
Ha continuato: 'Siamo lieti di pubblicare il nostro lavoro su Nature Communications, che dimostra la nostra ipotesi su come il cloro possa non solo migliorare l'efficienza delle batterie CdTe, ma anche eliminare i principali difetti.
'Il prossimo passo sarà vedere come migliorare ulteriormente l'efficienza >25% drogando CdTe con altri elementi. La nostra continua collaborazione con CREST cercherà anche di ottimizzare l'interfaccia tra CdTe e CdTe. punto.
'Ogni piccolo miglioramento in termini di efficienza significa che la tecnologia è diventata più competitiva rispetto all'attuale tecnologia del silicio.'
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