Team lander nyt effektivitetsgennembrud for nye solcellematerialer

UNSW solenergiforsker og Scientia Fellow Dr. Xiaojing Hao og hendes team har opnået to energieffektive verdensrekorder for fremtidens solcellemateriale, sulfid kesterit.

Dr. Hao og hendes team brød 10 procent effektivitetsbarrieren for ikke kun sulfid kesterit, men også for en standard størrelse kesterit solcelle, hvad enten det er rent sulfidmateriale eller inkorporerer mindre ønskeligt selen.

Resultatet, som er publiceret i et blad i Naturenergi i dag, er den fjerde effektivitetsrekord i træk opnået af gruppen ledet af Dr. Hao på to år.

Dr. Hao siger, at selvom energieffektiviteten endnu ikke er på et niveau, der kan bruges i industrien, resultaterne er lovende for et materiale, der er rigeligt og billigt at anskaffe.

'Sulfidkesterit er en forbindelse, der består af kobber, zink, tin og svovl – fire billige og rigelige grundstoffer i jordskorpen, " hun siger.

"Jeg kalder dem grønne materialer, fordi ud over at være rigeligt, de er også ikke-giftige."

Sulfidkesterit (Cu ₂ ZnSnS ₄ , også kaldet CZTS) er et tyndfilmshalvledermateriale afledt af fotovoltaisk (PV) materiale CIGS (kobber indium gallium (di)selenid), som er en kommercialiseret højeffektiv tyndfilm PV-teknologi, der har den ekstra fordel at være i stand til at påføres på fleksible overflader.

Imidlertid, en ulempe ved CIGS er, at indium er relativt sjældent og i høj efterspørgsel til brug i fladskærme (såsom tv-skærme, notebook skærme, og berøringsskærme), hvilket betyder at det er dyrt. En af solcellernes udfordringer er afhængigheden af ​​sjældne og giftige materialer til brug i tyndfilmssolcelleproduktion.

"Prisen på indium er allerede høj og forventes at blive ved med at stige, fordi markedet for fladskærme vokser, " siger Dr. Hao.

Indtast CZTS. Ved at erstatte indium og gallium med den rigelige mængde zink og tin, du har en forbindelse, der opfylder kriterierne for at være lavpris, fleksibel, ugiftig og rigelig.

"Ud over det, som en selvstændig tynd-film PV, CZTS-relateret materiale har en chance for at blive brugt i en tandemcelle med silicium, da dets båndgab let kan indstilles over et bredt område, når det legeres med andre elementer, hvilket gør det godt tilpasset de høje båndgab-krav til de øvre celler i tandemstakke, " forklarer Dr. Hao.

"Nøgleforudsætningen for en sådan udvikling er, at vi skal få effektiviteten af ​​CZTS til over 20 procent, for at vi kan se en samlet energieffektivitet på mere end 30 procent, " siger Dr. Hao.

En anden fordel ved at bruge sulfidkesterit er, at fremstillingsprocesser for CIGS let kan tilpasses til at producere CZTS. Tilføjelsen af, at tyndfilmen kan påføres fleksible overflader, gør den til et attraktivt alternativ.

"De fleksible PV-celler er lette, udvidelse af deres potentielle anvendelse til bygningsintegration og på andre ujævne overflader såsom biler eller ubemandede luftfartøjer (UAV'er)."

Så CZTS er billigt, rigeligt hentet, fleksibel, giftfri og let integreret i eksisterende fremstillingsprocesser. Manglende er de energieffektivitetsniveauer, der er nødvendige for, at materialet kan bruges kommercielt.

I betragtning af de fremskridt inden for effektivitet, der er sket i de seneste par år – fra 7,6 procent til 11 procent – ​​mener Dr. Hao, at hun og hendes team er på rette vej til at opnå effektivitetsniveauer på 15 eller 20 procent. Men hun er ikke i en illusion om, at det vil ske fra den ene dag til den anden.

"For hver effektivitetsændring, vi har brug for en trinforandringsteknologi for at få det til at ske, " siger Dr. Hao.

"Med CZTS, der er stadig så mange ting, som vi ikke ved. At optrevle disse ukendte er det mest spændende eventyr."

Hun er ret begejstret for nylige upublicerede resultater, som kan medføre væsentlige ændringer. For at sikre, at disse nye resultater udvikles yderligere, hun vil søge midler til et nyt projekt i slutningen af ​​året.