Un'importante innovazione nel campo del fotovoltaico a film sottile arriva dal Messico, precisamente dalla facoltà di Chimica dell'Universidad Autónoma de Querétaro. Un team di brillanti ricercatori ha ideato una cella fotovoltaica avanguardistica basata su un calcogenuro metallico, attraverso uno studio intitolato "Ottimizzazione dell'efficienza con buffer e stratificazione inferiore nelle celle solari Cu2BaSn(S,Se)4 tramite simulazione."

Il semiconduttore protagonista è il Cu2BaSn(S,Se)4, una combinazione di rame, bario, stagno, zolfo e selenio. Questo calcogenuro sta rapidamente guadagnando visibilità come una promettente alternativa per l'assorbimento solare, grazie alla sua abbondanza, alla non tossicità e alle impressionanti proprietà optoelettroniche e conduttività di tipo p. Questi attributi hanno reso il materiale oggetto di attenzione crescente nel campo del fotovoltaico. Nel 2016, un gruppo della Duke University (USA) aveva realizzato la prima cella solare utilizzando Cu2BaSn(S,Se)4, ottenendo un’efficienza di conversione iniziale dell’1,6%. Anche se inizialmente modesta, questa performance ha rappresentato un’alternativa valida a materiali più comuni, ma a problematici come il tellururo di cadmio (CdTe) o la kesterite sintetica (CZTSSe). Negli anni successivi, si sono registrati miglioramenti significativi, portando l’efficienza al 5% nel 2017 e al 6,17% nel 2022.

Oggi, un traguardo straordinario è stato raggiunto. Il team di ricerca messicano ha conseguito un’impressionante efficienza di conversione del 28%, segnando un incremento di quasi dodici punti percentuali in poco più di due anni. La ricercatrice Latha Marasamy, una delle autrici principali della scoperta, ha spiegato che questo risultato è stato possibile grazie all'uso del software di simulazione SCAPS-1D.

"Il nostro viaggio è iniziato sviluppando un modello di base che riproduce la struttura del dispositivo sperimentale", ha dichiarato Marasamy. "Successivamente, abbiamo implementato miglioramenti strategici, come l'inserimento di un rivestimento antiriflesso per minimizzare le perdite di luce, la sostituzione del molibdeno con il nichel [come contatto posteriore] per facilitare il contatto ohmico e l'aggiunta di uno strato di ioduro di rame come campo superficiale posteriore per intensificare il campo elettrico nella giunzione."

Ottimizzando lo spessore e la densità dei portatori di ogni strato, il team ha raggiunto una straordinaria efficienza di conversione del 28% con la configurazione AZO/ZMO/TiO2/Cu2BaSn(S,Se)4/CuI/Ni. Questo risultato non solo sottolinea il potenziale di questa tecnologia innovativa, ma potrebbe anche rivoluzionare il mercato del fotovoltaico, aprendo la strada a celle solari più efficienti e sostenibili.

I progressi iniziali avevano portato l'efficienza di conversione al 10%, ma il team era guidato dall'ambizione di superare ulteriormente i limiti. Attraverso un’attenta esplorazione di ben 780 configurazioni diverse, gli scienziati sono riusciti a scoprire la configurazione ideale per il nuovo materiale solare. Questa scoperta potrebbe avere un impatto significativo non solo sulla produzione di energia rinnovabile, ma anche sulla lotta ai cambiamenti climatici, favorendo una transizione verso un futuro più sostenibile.