Știința și ingineria kesteritelor pentru noua generație de celule solare


Project Director: Dr. Aurelian Catalin GALCA

Cod Proiect: PN-III-P4-ID-PCE-2020-0827

Director de Proiect: Dr. Aurelian Catalin Galca

Tipul Proiectului: National

Programul de încadrare al Proiectului: Cercetare fundamentală și de frontieră, Proiecte de cercetare exploratorie (PCE)

Finanțat de: Unitatea Executiva pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării, UEFISCDI

Contractor: Institutul Național C-D pentru Fizica Materialelor

Status: Încheiat

Data Începerii: 4 ianuarie, 2020

Data Finalizării: 31 decembrie, 2023

Rezumat: În acest proiect, ne propunem să dezvoltăm prin inginerie de concentrație filme subțiri de Cu2ZnSn(Ge)S(Se), folosind o tehnică nouă, pulverizare concomitentă în magnetron din 3 până la 6 ținte diferite, să dezvăluim noi perspective științifice originale privind proprietățile structurale, optice și electrice ale kesteritelor și caracteristicile fotovoltaice ale celulelor solare corespunzătoare în corelație cu compoziția și să producem prin inginerie de interfață (inovații de interfață și de contact) noi celule solare cu eficiență aproape sau mai mare de recordul actual.

OBIECTIVE:

(i) Sinteza filmelor subțiri de kesterite via inginerie de concentrație;

(ii) Dezvăluirea unor noi perspective științifice cu privire la proprietățile structurale, optice și electrice ale kesteritelor și celulelor solare în corelație cu compoziția acestora;

(iii) Producerea prin proiectarea interfeței de noi celule solare cu eficiență aproape sau peste recordul mondial actual.

REZULTATE ESTIMATE:

(i) corelarea proprietăților structurale, compoziționale, optice și electrice ale kesteritelor cu parametrii de sinteză;

(ii) optimization of deposition and thermal treatment processes towards films with unique crystalline phase;

(iii) diminuarea efectelelor negative datorate interfețelor, realizarea celulelor solare pe bază de kesterit și optimizarea acestora;

(iv) publicarea articolelor în reviste cotate ISI, ținând deoparte eventualele probleme de PI.

(v) o cerere de brevet, dacă va fi cazul.

Dr. Aurelian Catalin GALCA, Director proiect https://publons.com/researcher/2858295/aurelian-catalin-galca/
Dr. Cristina BESLEAGA, Cercetător cu experiență https://publons.com/researcher/2715523/cristina-besleaga/
Dr. Alin VELEA, Cercetător cu experiență https://publons.com/researcher/1651019/alin-velea/
Dr. Viorica STANCU, Cercetător cu experiență https://publons.com/researcher/1685263/viorica-stancu/
Dr. Iosif-Daniel SIMANDAN, Cercetător cu experiență
Dr. Roxana Elena PATRU, Cercetător postdoctoral https://publons.com/researcher/2015080/roxana-elena-e-patru/
Dr. Mohamed Yassine ZAKI, Cercetător postdoctoral
Andrei Gabriel TOMULESCU, Cercetător postdoctoral https://publons.com/researcher/1793756/andrei-gabriel-c-tomulescu/
Outman EL KHOUJA, Doctorand.

Rezumatul etapei I:

Proiectul PN-III-P4-ID-PCE-2020-0827 (contract PCE74/2021) își propune să deschidă perspective pentru realizarea unei noi celule fotovoltaice pe bază de kesterit. Pornind de la acest obiectiv general, Etapa I a proiectului de cercetare PN-III-P4-ID-PCE-2020-0827 (2021.01.01 - 2021.12.31) a fost dedicată: (1) Producerii de kesterită și pelicule subțiri aferente și (2) Dezvăluirea unor noi perspective științifice cu privire la proprietățile structurale, optice și electrice ale kesteritelor și celulelor solare în corelație cu compoziția.

Rezultate furnizate:

1 prezentare (orală, lecție invitată) susținută la International e-Conference on Advances in Materials Science;
1 prezentare (tip poster) susținută la a 36-a Conferință internațională privind aplicațiile efectului Mössbauer (ICAME 2021);
3 articole publicate în reviste indexate în Web of Science®, cu factor de impact.

2021: RAPORTUL ŞTIINŢIFIC SINTETIC nr. 1 în format .pdf este disponibil la UEFISCDI și poate fi accesat la cerere.

Rezumatul etapei a II-a:

Etapa a II-a a proiectului de cercetare PN-III-P4-ID-PCE-2020-0827 (2022.01.01 - 2022.12.31) a fost dedicată: Obținerii și caracterizării filmelor de Cu2ZnSnyGe1-ySxSe1-x prin metode de sinteză combinatorială, dezvoltării de celule solare funcționale, și corelarea parametrilor celor din urmă cu proprietățile fizico-chimice ale filmelor de kesterită.

Rezultate furnizate:

7 prezentări orale susținute la diferite conferințe;
2 prezentări de tip poster susținute la două conferințe;
5 articole publicate în reviste indexate în Web of Science®, cu factor de impact.

2022: RAPORTUL ŞTIINŢIFIC SINTETIC nr. 2 în format .pdf este disponibil la UEFISCDI și poate fi accesat la cerere.

Rezumatul etapei a III-a:

Etapa a III-a a proiectului de cercetare PN-III-P4-ID-PCE-2020-0827 (2023.01.01 - 2023.12.31) a fost dedicată: Obținerii de celule solare cu structură modificată ( cât și prin optimizările stratului de calcogenură de tip-n și a stratului 'fereastră') pentru o mai bună conversie a energiei solare.).

Rezultate furnizate:

1 prezentare orală susținută la o conferință;
1 prezentare tip poster susținută la o conferință;;
3 articole publicate în reviste indexate în Web of Science®, cu factor de impact.

2023: RAPORTUL ŞTIINŢIFIC SINTETIC al întregului proiect în format .pdf este disponibil la UEFISCDI și poate fi accesat la cerere.

Stagii de cercetare efectuate de doctoranzi din străinătate:

Ali Sadek KADARI (doctorand, bursă Eugen Ionescu – AUF/MAE), Universitatea Oran I, Oran, Algeria, (11.09.-07.12.2022), Sinteza și caracterizarea filmelor subțiri semiconductoare prin pulverizare chimică și fizică pentru aplicații optoelectronice

Elyazid EL MAHBOUB (doctorand), Universitatea Cady Ayyad, Marrakesh, Maroc, (03.09.–01.12.2022), Caracterizarea structurală a filmelor de kesterită/stanită

Omar AIT LAYACHI (doctorand), Universitatea Hassan II, Casablanca, Maroc, (27.01.-01.03.2023), Caracterizarea filmelor de kesterită obţinute electrochimic

Ion LUNGU (doctorand, mobilitate cost https://cost-opera.eu/), Universitatea de Stat din Moldova, Chișinau, Republica Moldova, (16.04.2023-30.04.2023), Celule solare cu bandă intermediară (IBSC) bazate pe heterojoncțiuni ZnO/CdS/ZnTe

Rkia ELOTMANI (doctorandă, bursă Eugen Ionescu – AUF/MAE), Universitatea Hassan II, Casablanca, Maroc, (04.05.-29.07.2023), Sinteza și caracterizarea materialelor kesterite în formă de film subțire pentru celule solare

Katarzyna UNGEHEUER, (doctorandă), AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland, (25.10.-30.01.2024), Caracterizarea exhaustivă a straturilor de CuxO și ZnO pentru dezvoltarea dispozitivelor photovoltaice

Articole Web of Science® - publicate sau acceptate:

  • 01. M.Y. Zaki^, F. Sava, A.T. Buruiana, I.D  Simandan^, N. Becherescu, A.C. Galca^, C. Mihai, A. Velea*,^, Synthesis and Characterization of Cu2ZnSnS4 Thin Films Obtained by Combined Magnetron Sputtering and Pulsed Laser Deposition; NANOMATERIALS 11 (2021) 2403. https://doi.org/10.3390/nano11092403
  • 02. E.P. Goncearenco*, A.M. Rostas, A.C. Galca^, G. Colibaba, D.D. Nedeoglo, Activation ability of Gd dopant in the ZnSe single crystals; JOURNAL OF LUMINESCENCE 238 (2021) 118314. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118314
  • 03. O. El Khouja^, A.C. Galca*,^,  M.Y. Zaki^, · A. Talbi, · H. Ahmoum, ·K. Nouneh*, · M. Ebn Touhami,· M.Taibi,· E. Matei, · M. Enculescu, · L. Pintilie,  Secondary phases and their influence on optical and electrical properties of electrodeposited Cu2FeSnS4 films; APPLIED PHYSICS A-MATERIALS SCIENCE & PROCESSING 127 (2021) 887. https://doi.org/10.1007/s00339-021-05038-y
  • 04. O. El Khouja^, C.C. Negrila, K. Nouneh, M. Secu,  M. Ebn Touhami, E. Matei, V. Stancu^, M. Enculescu, V. Kuncser, A.C. Galca*,^, Bulk and surface characteristics of co-electrodeposited Cu2FeSnS4 thin films sulfurized at different annealing temperatures; JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS 906 (2022) 164379. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164379
  • 05. M.Y. Zaki*,^, O. El Khouja^, K. Nouneh, M. Ebn Touhami, E. Matei, S. Azmi, M.I. Rusu, C.E.A. Grigorescu, S. Briche, M. Boutamart, P. Badica, M. Burdusel, M. Secu, L. Pintilie,  A.C. Galca^, ZnS stacking order influence on the formation of Zn-poor and Zn-rich Cu2ZnSnS4 phase; JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE: MATERIALS IN ELECTRONICS 33 (2022) 11989-12001. https://doi.org/10.1007/s10854-022-08160-6
  • 06. M. Y. Zaki^, F. Sava, I. D. Simandan^, A. T. Buruiana, C. Mihai, A. Velea*,^, A. C. Galca^, Effect of the stacking order, annealing temperature and atmosphere on crystal phase and optical properties of Cu2SnS3; SCIENTIFIC REPORTS 12 (2022) 7956. https://doi.org/10.1038/s41598-022-12045-3
  • 07. M. Y. Zaki^, F. Sava, I. D. Simandan^, A. T. Buruiana, I. Stavarache, A.E. Bocirnea, C. Mihai, A. Velea*,^, A. C. Galca^, A Two-Step Magnetron Sputtering Approach for the Synthesis of Cu2ZnSnS4 Films from Cu2SnS3\ZnS Stacks; ACS OMEGA 7 (2022) 23800. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c02475
  • 08. O. El Khouja^, I. Assahsahi, K. Nouneh,  M. Ebn Touhami, M. Secu, A. Talbi, Y. Khaissa, E. Matei, V. Stancu^, A. Galatanu, A.C. Galca*,^, Structural and transport properties of Cu2CoSnS4 films prepared by spray pyrolysis; CERAMICS INTERNATIONAL 48 (2022) 32418-32426. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.07.185
  • 09. M. Y. Zaki^, F. Sava, I. D. Simandan^, A. T. Buruiana, C. Mihai, A. Velea*,^, A. C. Galca^, Cu2SnSe3 phase formation from different metallic and binary chalcogenides stacks using magnetron sputtering; MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING 153 (2023) 107195. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.107195
  • 10. O. El Khouja^, K. Nouneh,  M. Ebn Touhami, E. Matei, V. Stancu^, M. Enculescu, A.C. Galca*,^, Growth and characterization of Cu–Ni–Sn–S films electrodeposited at different applied potentials; JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE: MATERIALS IN ELECTRONICS 34 (2023) 760. https://doi.org/10.1007/s10854-023-10173-8
  • 11. M. Y. Zaki^, F. Sava, I. D. Simandan^, A. T. Buruiana, A. E. Bocirnea, I. Stavarache, A. Velea*,^, A. C. Galca^, L. Pintilie, From non-stoichiometric CTSe to single phase and stoichiometric CZTSe films by annealing under Sn plus Se atmosphere; CERAMICS INTERNATIONAL 49 (2023) 33692. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.08.056
  • 12. O. Ait Layachi*, A. Moujib, O. El Khouja^, A. C. Galca^, A. Boudouma, S. Azmi, M. Nini, M. Nohair, E. Khoumri*, Electrodeposition mechanism of Cu2CoSnS4 thin films onto FTO-coated glass: Effect of some additives; JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY 959 (2024) 118177. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2024.118177
  • 13. I. Lungu*, R. E. Patru^, A. C. Galca^, L. Pintilie, T. Potlog, DC current–voltage and impedance spectroscopy characterization of nCdS/pZnTe HJ; SCIENTIFIC REPORTS 14 (2024) 12955. https://doi.org/10.1038/s41598-024-63615-6
  • 14. A. S. Kadari, A. Nebatti Ech-Chergui*, P. R. Ghediya, A. Guendouz, M. Guezzoul, O. El Khouja^, A. E. Bocirnea, K. Driss-Khodja, B. Amrani, A. C. Galca*,^, Growth and optimization of spray coated Cu2BaSnS4 thin films for solar photovoltaic application; MATERIALIA 36 (2024) 102178. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2024.102178
  • 15. E. El Mahboub, O. El Khouja^, A. E. Bocirnea, S. Zakaria, A. C. Galca*,^, M. Mansori, A. El Hichou*, Investigation of kesterite to stannite phase transition and band gap engineering in Cu2Zn1-xCoxSnS4 thin films prepared by sol-gel spin coating; APPLIED SURFACE SCIENCE 672 (2024) 160848. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.160848

*autor corespondent

^membru echipei de cercetare

Conferințe internaționale:

  • 01. A.C. Galca^,*; Optical and Structural Characterization of P-type Emerging Materials for Photovoltaics, International e-Conference on Advances in Materials Science, Manonmaniam Sundaranar University, Tirunelveli, Tamil Nandu, India, 24–26.03.2021, (oral/invited).
  • 02. O. El Khouja^,*, A.C. Galca^, K. Nouneh, E. Matei, C.C. Negrila, V. Kuncser; CEMS Investigation of CFTS Electrodeposited Films, 36th International Conference on the Applications of the Mössbauer Effect (ICAME 2021), Brașov, Romania, 6-9.09.2021, (poster).
  • 03.  A.C. Galca^,*; Facts and Artifacts in XRD, Tunisian Powder Diffraction School 2022, Monastir, Tunisia, 27–30.03.2022, (oral/invited).
  • 04. A.C. Galca^,*; Materials for Energy: Structural Characterization, Tunisian Powder Diffraction School 2022, Monastir, Tunisia, 27-30.03.2022, (oral/invited).
  • 05. O. El Khouja^,*, K. Nouneh, M. Ebn Touhami, E. Matei, A.C. Galca^; Structural investigations of stannite films, Tunisian Powder Diffraction School 2022, Monastir, Tunisia, 27–30.03.2022, (oral).
  • 06. O. El Khouja^,*, K. Nouneh, M. Ebn Touhami, A. Talbi, Y. Khaaissa, E. Matei, M. Enculescu, V. Stancu^, A.C. Galca^; Growth and properties of Cu2NiSnS4 (CNTS) films using spray pyrolysis, E-MRS 2022 Spring Meeting, Virtual Conference, 30.05–03.06.2022, (poster).
  • 07. A.C. Galca^,*; P-type emerging materials for photovoltaics: facts and artifacts in optical and structural characterization, Advanced Functional Materials for Optics, Lasers and Photovoltaics Applications, Kenitra, Morocco, 14-16.06.2022, (oral/invited).
  • 08. O. El Khouja^,*, V. Stancu^, C.C. Negrila, K. Nouneh, M. Ebn Touhami, E. Matei, M. Enculescu, A.C. Galca^; Back contact effect on co-electrodeposited Cu2FeSnS4 stannite films, 9th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications, Ghent, Belgium, 03–08.07.2022, (poster).
  • 09. A.C. Galca^,*, A.G. Tomulescu^, O. El Khouja^, M.Y. Zaki^, V. Toma, I.D. Simandan^, A. Velea^, V. Stancu^; Co-sputtered Cu2ZnSnS4 Based Photovoltaic Cells: Results, Challenges and Perspectives, 9th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications, Ghent, Belgium, 03–08.07.2022, (oral).
  • 10. A.C. Galca^,*,  O. El Khouja^, A.G. Tomulescu^, M.Y. Zaki^, I.D. Simandan^, V. Stancu^, V. Toma, A. Velea^; Challenges and Perspectives of  Sputtered Cu2ZnSnS4 Based Solar Cells, 20th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science (IBWAP), Constanta, Romania, 12–15.07.2022, (oral).
  • 11. O. El Khouja^,*, C.C. Negrila, K. Nouneh, M. Ebn Touhami, E. Matei, V. Kuncser, A.C. Galca^; Bulk and structural investigations of co-electrodeposited Cu2FeSnS4 stannite films, 20th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science (IBWAP), Constanta, Romania, 12–15.07.2022, (oral).
  • 12. A. C. Galca^,*, O. El Khouja^, A. G. Tomulescu^, S. Derbali, C. C. Negrila, M. Y. Zaki^, I. D. Simandan^, A. Velea^, V. Stancu^, R. E. Patru^, I. Pintilie, C. Besleaga^, P-Type Emerging Materials For Photovoltaics: Facts And Artifacts in Optical and Structural Characterization, 1st International Workshop on Emerging Inorganic Chalcogenides Photovoltaics (COST CA21148 - Research and International Networking on Emerging Inorganic Chalcogenides for Photovoltaics), Tallin, Estonia, 13-18.06.2023, (poster).
  • 13. A.C. Galca^,*, O. El Khouja^, S. Derbali, V. Stancu, A.G. Tomulescu^, H. Mehdi, L.N. Leonat, C.C. Negrila, I. Pintilie; Emerging Materials for Photovoltaics: Correct Assessment of Optical and Structural Properties, 20th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies, Thessaloniki, Greece, 3-8.07.2023, (oral).
  • 14. A.C. Galca^,*; Research and development of emerging thin film photovoltaic cells, Green Energy workshop, Benguerir, Morocco, 17-18.01.2024, (oral/invited).
  • 15. C. Radu*, O. El Khouja^, YC. Gong, A. Jimenez-Arguijo, S. Giraldo, M. Placidi, Z. Jehl Li-Kao, E. Saucedo, A.C. Galca^; Morphological and structural analysis of CZCTS thin films based solar cells, European Kesterite+ Workshop & the 2nd RENEW-PV (emerging inorganic chalcogenide thin-film PV technologies) workshop (14th European Kesterite+ and ReNew-PV) https://kesterite-verona24.eu/, Verona, Italy, 26.-28.06.2024 (poster).
  • 16. O. El Khouja^,*, YC. Gong, A. Jimenez-Arguijo, M. Jimenez Guerra, A. Gon Medaille, R. Scaffidi, A. Basak, C. Radu, D. Flandre, B. Vermang, S. Giraldo, M. Placidi, Z. Jehl Li-Kao, A.C. Galca^, E. Saucedo; Optimizing Sulfurization Temperature for Boosting the Performance of CZCTS Solar Cells, European Kesterite+ Workshop & the 2nd RENEW-PV (emerging inorganic chalcogenide thin-film PV technologies) workshop (14th European Kesterite+ and ReNew-PV) https://kesterite-verona24.eu/, Verona, Italy, 26.-28.06.2024 (oral).

^membru echipei de cercetare

https://infim.ro/@galca/

PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE

Back to top

Copyright © 2024 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved