Materiale quasi-1D pentru fotovoltaice cu filme subțiri avansate


Project Director: Dr. Cristina BESLEAGA STAN

LIGHTCELL își propune să dezvolte arhitecturi inovative pentru celule fotovoltaice pe bază de filme subțiri (TF-PV), utilizând materiale anorganice, stabile din punct de vedere ecologic (Sb2X3, X=S, Se) și procese de fabricație sustenabile cu consum redus de energie. Sb2X3 poate fi sintetizat într-o formă aproape unidimensională (quasi-1D), abordând principalii factori care limitează eficiența TF-PV, respectiv recombinarea purtătorilor fotogenerați la granițele de cristale. Un consorțiu multidisciplinar de parteneri academici și industriali își propune să dezvolte o tehnologie scalabilă de PV sustenabil, eficientă din punct de vedere al costurilor și ușoară. Pentru un feedback mai rapid asupra sintezei, va fi dezvoltat un nou instrument pentru maparea rapidă și nedistructivă a orientării cristalografice 2D și 3D ale materialelor quasi-1D. Tehnologia PV dezvoltată în cadrul LIGHTCELL va fi validată în demonstratoare de către partenerii industriali, vizând aplicații PV ușoare integrate în construcții, contribuind la producția sustenabilă de energie verde.

Obiectiv: LIGHTCELL își propune să demonstreze o nouă generație de celule solare anorganice, ecologice și stabile, bazate pe Sb2S(Se)3 quasi-1D, cu eficiențe care depășesc stadiul actual al tehnologiei, oferind o alternativă verde la celulele solare comerciale pe bază de CdTe.

Rezultate vizate:

  1. Dezvoltarea unor strategii noi pentru sinteza absorbanților solari cu motive quasi-unidimensionale (quasi-1D) verticale și GB-uri intrinsec pasive (1D-Sb2S(Se)3);
  2. Implementarea microscopiei Raman polarizate rapide și nedistructive pentru maparea orientării cristalografice 2D și 3D a absorbanților solari;
  3. Demonstrerea dispozitivelor de celule solare anorganice bazate pe absorbanți quasi-1D cu eficiență de până la 15% la scară de laborator și 10% la scară mare, produse într-un mediu industrial.

Coordonator:  Technical University of Denmark (Dr. Stela Canulescu)

Partener 1: LightNovo APS (Dr. Oleksii Ilchenko)

Partener 2: National Institute of Material Physics (Dr. Cristina Besleaga Stan)

Partener 3: Tallinn University of Technology (Prof. Maarja Grossberg)

Partener 4: DGIST (Dr. Dae-Hwan Kim)

Partener 5: ULTECH (Dr. Dae-Young Kong)

 

Echipa INCDFM:

  1. Cristina Besleaga Stan
  2. Aurelian Catalin Galca
  3. Alin Velea
  4. Ioana Pintilie
  5. George Stan
  6. Iosif-Daniel Simandan
  7. Outman El Khouja
  8. Andrei Tomulescu
  9. Viorica Stancu
  10. Iulia Corina Ciobotaru
  11. Vasilica Toma
  12. Bocirnea Amelia-Elena
  13. Sara Laafar

Întâlnirea de lansare a avut loc la DTU, Danemarca, pe 25 August 2023.

Întâlnirea de lansare, DTU, August, 2023

Pe 19 aprilie 2024, am avut întâlnirea de progres dupa 6 luni la sediul INCDFM, România, unde am avut ocazia perfectă de a schimba idei personale și profesionale cu partenerii noștri din Danemarca (DTU, LightNovo), Estonia (TALT) și Coreea de Sud (DIGST, ULTECH).

In 23.09.2024 a avut loc intalnirea de progres dupa 1 an care a avut loc la TALT, Estonia

Pe 23.09.2024, am avut întâlnirea de progres dupa 12 luni la sediul TALT, Estonia, unde ne-am întâlnit cu partenerii noștri din Danemarca (DTU, LightNovo), Estonia (TALT) și Coreea de Sud (DIGST, ULTECH).

 

Filme subțiri de Sb2S3 au fost obtinute prin pulverizate magnetron in regim RF (MS-RF) la temperaturi de la RT până la 300 °C. Pentru imbunatatirea proprietatiilor structurale filmele de Sb2S3 au fost tratate in diferite conditii: i) in cuptor tubular cu doua zone, in flux de azot si in prezenta de sulf; ii) in glove-box, in atmosfera de azot, pe plita; iii) pe plita, in flux de azot si in prezenta de sulf. A fost studiat impactul substratului asupra proprietăților morfo-structurale, optice si electrice ale Sb2S3. Au fost fabricate celule solare bazate pe Sb2S3 atât în ​​configurații de substrat cât și de suprastrat.

Livrabile:

1.Raport de cercetare detaliat:

Descrierea proceselor de obținere a filmelor subțiri de Sb2S3 prin pulverizare magnetron RF, inclusive detalii privind condițiile experimentale de procesare post-depunere ale acestora (tipuri de tratamente, temperature, etc.).

  1. Studii de caracterizare morfo-structurală:

Imagini și descrierea structurilor filmelor subțiri (SEM, AFM), difractograme de raze X, spectroscopie Raman, reflectometrie de raze X.

  1. Studii de caracterizare optică și electrică:

Măsurători ale spectrului de absorbție al filmelor de Sb2S3. Determinarea mecanismului de transport prin masuratori de tip TSC (curenti termostimulati).

  1. Tabele și grafice de comparație:

Comparație a proprietăților filmelor tratate în diferite condiții (temperaturi, atmosferă, tip de substrat).

  1. Celule solare protopip pe bază de Sb2S3:

Descrierea configurațiilor de celule solare fabricate (substrat versus suprastrat).

Performanțele celulelor solare (caracteristici I-V, eficienta de conversie cuantica).

  1. Bază de date cu rezultate experimentale:

O bază de date ce conține măsurători și observații detaliate, care pot fi consultate ulterior pentru studii suplimentare.

 

Indicatori de rezultat:

  • 11 sesiuni de depunere, totalizand 65 de probe.
  • Filme de Sb2S3 cristalizate avand: i) structura ortorombica (grup spatial Pnma-62), grosimi de ~100 nm, ~300 nm si ~ 600 nm; densitati in domeniul 4.9 – 5.2 grcm3.
  • 248 celule solare cu arfitectura superstrat.
  • 32 celule solare cu arhitectura substrat.
  • 8 filme de MoS2 si MoSe2
  • 3 filme pe support de siliciu si 11 filme pe support de cuart

Stagii de cercetare pentru tineri cercetatori:

  • Annabel SAAR (B.Sc. student), Tallinn University of Technology (TALTECH), Tallinn, Estonia, (10.11.-15.11.2024), Development of Low-Cost, Environmentally-Friendly Kesterite-Based Solar Cells
  • Marc Dolcet SADURNI (Ph.D. student), Tallinn University of Technology (TALTECH), Tallinn, Estonia, (10.11.-15.11.2024), Characterization of 1-D Antimony Chalcohalides
  • Messaoud TAMIN (Ph.D. student, Eugen Ionescu scholarship – AUF/MAE), Bourgogne Franche-Comté University, Dijon, France (15.09.–14.12.2024), Towards the development of semiconductors and wide-bandgap chalcogenide devices for advanced photovoltaic applications
  • Nikola ILIĆ (https://renewpv.eu/ STSM), Vinča Institute of Nuclear Sciences, University of Belgrade, Serbia, (05.08-30.08.2024), Characterization of Sb2S3, Cu-doped Sb2S3 and CuSbS2 powders and fabrication and testing of solar cells
  • Rkia ELOTMANI (Ph.D. student, https://renewpv.eu/ STSM), Hassan II University, Casablanca, Morocco, (14.07-10.10.2024), Development of Low-Cost, Environmentally-Friendly Kesterite-Based Solar Cells
  • Lorenza ROMAGNOLI (https://renewpv.eu/ STSM), Department of Chemistry, Sapienza University of Rome, Rome, Italy, (12.07-24.08.2024), Electrical characterization of BaZrS3, BaHfS3 and their solid solutions
  • Rim SAYED (Ph.D. student), Ibn Tofal University, Kenitra, Morocco, (15.06.2024–13.09.2024), Engineering electron transport layers and interfaces for boosting the efficiency of emergent inorganic solar cells
  • Abdessamad EL KANOUNY (Ph.D. student), Hassan II University, Casablanca, Morocco, (10.05.-30.07.2024), Synthesis and characterization of ternary SnSe1-xSx thin-film materials for solar cells at low cost and low environmental impact

A fost acceptat spre publicare articolul „Phase Transitions in Dimer/Layered Sb-based Hybrid Halide Perovskites: An In-Depth Analysis of Structural and Spectroscopic Properties” la jurnalul Advanced Optical Materials, aflat in Q1 in domeniile [Atomic and Molecular Physics, and Optics] si [Electronic, Optical and Magnetic Materials], avand Factorul de Impact de 8.4 si AIS de 2.2. DOI: 10.1002/adom.202402242.

Participare la 9 conferinte:

  1. RenewPV Workshop " Materials (WG3)and device processing(WG4) of Emerging Chalcogenides, „The influence of structure and chemical homogeneity of the absorber layers on the performance of chalcogenide based solar cells”, C. Galca, O. El Khouja, A.G. Tomulescu, Viorica Stancu, M.Y. Zaki, I.D. Simandan, A. Velea, C. Besleaga, prezentare orala, Cehia, Aprilie 2024;
  2. International Conference on Eco Smart Materials for the Future Technologies, „Research and development of emerging chalcogenide based films for optoelectronics”, C. Galca, O. El Khouja, K. Nouneh, V. Stancu, A.G. Tomulescu, I.D. Simandan, A. Velea, M. Ebn Touhami, C. Besleaga, prezentare invitata, Maroc, Mai 2024;
  3. European Kesterite , Workshop & the 2nd RENEW-PV, „The importance of the surface analysis in the characterization of antimony chalcogenides films”, A.E. Bocirnea, A.C. Galca, I.D. Simandan, A. Velea, O. El Khouja, A.G. Tomulescu, V. Stancu, C. Besleaga, prezentare poster, Italia, Iunie 2024;
  4. European Kesterite , Workshop & the 2nd RENEW-PV, „Insights of structure and chemical homogeneity of the Sb2S3 absorber layers and their influence on the performance and reproducibility of the solar cells”, A.C. Galca, I.D. Simandan, O. El Khouja, V. Toma, A.E. Bocirnea, A. Velea, V. Stancu, A.G. Tomulescu, C. Besleaga, prezentare poster, Italia, Iunie 2024;
  5. 10th International Conference on Advanced Materials (ROCAM), „Synthesis, characterization and optoelectronic applicability of Sb2S3 thin films for enhanced solar energy conversion”, O. El Khouja, A.G. Tomulescu, V. Stancu, C. Besleaga, A.C. Galca, prezentare orala, Romania, Iulie 2024;
  6. 10th International Conference on Advanced Materials (ROCAM), „Facts and Artifacts in Optical and Structural Characterization of Emerging Materials for Renewable and Sustainable Energy”, A.C. Galca, O. El Khouja, S. Derbali, A.G. Tomulescu, L.N. Leonat, M.Y. Zaki, C.C. Negrila, A. Velea, V. Stancu, I. Pintilie, C. Besleaga, prezentare orala, Romania, Iulie 2024;
  7. 16th International Conference on Physics of Advanced Materials (ICPAM-16), „Synthesis, characterization and optoelectronic applicability of CZTS and Sb2S3 films for enhanced solar energy conversion”, O. El Khouja, YC. Gong, C. Besleaga, A. Jimenez-Arguijo, I.D. Simandan, Z. Jehl Li-Kao, A.G. Tomulescu, A. Velea, C. Radu, M. Placidi, V. Stancu, E. Saucedo, A.C. Galca, prezentare plenara, Turcia, Septembrie 2024;
  8. 7th Autumn School on Physics of Advanced Materials (PAMS-7), „Facts and Artifacts in Optical and Structural Characterization of Emerging Materials for Renewable and Sustainable Energy”, A.C. Galca, S. Derbali, O. El Khouja, V. Stancu, L.N. Leonat, A.G. Tomulescu, A.E. Bocirnea, C.C. Negrila, C. Besleaga, I. Pintilie, prezentare invitata,Turcia, 2024;
  9. 25th Symposium on Photonics and Optics SPO 2024, „Facts and Artifacts in Optical and Structural Characterization of Emerging Materials for Renewable and Sustainable Energy”, A.C. Galca, C. Besleaga, I. Pintilie, L.N. Leonat, A.G. Tomulescu, O. El Khouja, S. Derbali, V. Stancu, prezentare invitata, Ucraina, 2024.

Întâlnirea de lansare a avut loc la DTU, Danemarca, pe 25 August 2023.

Întâlnirea de lansare, DTU, August, 2023

Pe 19 aprilie 2024, am avut întâlnirea de progres dupa 6 luni la sediul INCDFM, România, unde am avut ocazia perfectă de a schimba idei personale și profesionale cu partenerii noștri din Danemarca (DTU, LightNovo), Estonia (TALT) și Coreea de Sud (DIGST, ULTECH).

In 23.09.2024 a avut loc intalnirea de progres dupa 1 an care a avut loc la TALT, Estonia

Pe 23.09.2024, am avut întâlnirea de progres dupa 12 luni la sediul TALT, Estonia, unde ne-am întâlnit cu partenerii noștri din Danemarca (DTU, LightNovo), Estonia (TALT) și Coreea de Sud (DIGST, ULTECH).

 

PROJECTS/ PROIECTE INTERNATIONALE

Back to top

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