Simulation study of integrated tandems of kesterite/c-Si solar cells.

Negli ultimi anni si è parlato spesso di “transizione energetica”. Con essa si intende l’interesse crescente della gente coinvolta nel settore della produzione di energia verso le sorgenti energetiche non convenzionali con le quali si cercherà di soddisfare i fabbisogni energetici della società, in sostituzione delle fonti fossili convenzionali. Anche governi nazionali ed organizzazioni internazionali (ad esempio l’Unione Europea) stanno sviluppando dei programmi e fissando degli obiettivi col fine di accelerare questa transizione energetica. Queste sono alcune delle ragioni per cui le tecnologie energetiche rinnovabili stanno vivendo una crescita così rapida. Tra le varie alternative, questo lavoro è focalizzato sulle celle fotovoltaiche. In particolare, vengono trattate tecniche di estrazione dei parametri, usate per la modellizzazione di celle fotovoltaiche di kesterite e di silicio cristallino. Lo scopo dello studio è quello di realizzare la simulazione del circuito elettronico di una configurazione tandem di queste due celle, avente la cella di kesterite posizionata sopra quella di silicio cristallino. I risultati che verranno ottenuti nelle simulazioni delle configurazioni tandem possono aiutare a prevedere le massime efficienze raggiungibili ed a migliore il processo di fabbricazione delle celle a base di kesterite in modo da ottenere la configurazione tandem più efficiente possibile. Quindi, entrambe le tecnologie di cella fotovoltaica sono state modellizzate usando il modello dei cinque parametri, il quale è emerso come il più adeguato per essere utilizzato ai fini di questo lavoro. Le simulazioni sono state effettuate usando due diversi ambienti informatici, Matlab e PSpice, e i risultati così ottenuti dalla modellizzazione son stati convalidati tramite un confronto con i dati provenienti dalle reali misurazioni sulle prestazioni delle celle. Inoltre, per completare la caratterizzazione, son stati analizzati anche dati sull’efficienza quantica esterna (EQE), utili anche per avere un’idea sul comportamento spettrale in termini di assorbimento fotonico. Successivamente è stata effettuata la simulazione del tandem, utilizzando PSpice, ed è stato osservato come varia l’efficienza al variare della densità di corrente della cella inferiore (c-Si). I risultati mostrano che può essere raggiunta una buona efficienza. In particolare, è raggiungibile un valore del 22.5% con una densità di corrente di 32 mA/cm2. Comunque, per far ciò, devono essere migliorate le proprietà ottiche della cella di kesterite, per permettere un’elevata trasmittanza, soprattutto ad elevate lunghezze d’onda. Ciò può essere fatto riducendo la riflessività ed aumentando il band-gap dello strato assorbitore.