Forskere forbedrer effektiviteten af ​​billige solceller

Med de globale energirelaterede kuldioxidemissioner, der når det højeste niveau i 2021, er behovet for ren energi mere presserende end nogensinde. Et sådant alternativ til fossile brændstoffer er solenergi. Solceller er blevet udviklet med en række forskellige materialer, men selen (Se) er en ønskelig mulighed, fordi det er billigt, stabilt og ugiftigt, ifølge Chao Chen fra Wuhan National Laboratory for Optoelectronics (WNLO) og School of Optical Electronic Information ved Huazhong University of Science and Technology, Kina.

Dets effektivitet er imidlertid begrænset af dets lave smeltepunkt og brede båndgab - det område, hvor ingen elektroniske tilstande kan eksistere. Nu har Chen og andre forskere overvundet disse begrænsninger ved at legere selen med tellur (Te), hvilket gør selensolceller til en mere attraktiv mulighed.

Forskerne offentliggjorde deres resultater i Grænser for optoelektronik .

Det optimale båndgapområde for solceller med enkelt kryds er 1-1,5 eV, ifølge forskerne, men Se's båndgab er omkring 1,8 eV, hvilket gør det bredere end ideelt til brug i solceller. Forskerne var i stand til at indstille solcellerne til Shockley-Queisser-grænsen, som er den maksimale teoretiske effektivitet af en solcelle med enkelt kryds, ved at parre selen med tellur.

"Legering af [selen] med tellur, som har den samme krystalstruktur og [har et] snævert båndgab, kan justere båndgabet og øge smeltepunktet, og dermed udvide absorptionsspektret og forbedre kvaliteten af ​​[selensolcellen] film, " sagde Chen, lektor ved School of Optical Electronic Information ved Huazhong University of Science and Technology, som er den tilsvarende forfatter. "Derfor se_{1 - x} Te_x legering forventes at opnå en forbedring af solcelleeffektiviteten."

Forskerne brugte også zinkoxid (ZnO) som et elektrontransportlag i fremstillingen af ​​solcellerne på grund af den korrekte båndjustering og milde reaktion ved grænsefladen mellem zinkoxid og selen/tellur.

"Zinkoxid blev valgt som elektrontransportlaget, som kan reagere let med Se for at forbedre dets grænsefladeadhæsion og for at reducere dinglende bindinger og dermed reducere grænsefladedefekter," sagde Chen.

Chen sagde, at denne brug af zinkoxid var en af ​​de nye dele af denne forskning, sammen med den analyse, som forskerne udførte på visse aspekter af selentellur-solcellerne.

"Rekombinationsmekanismen og defekttypen af ​​Se_{1 - x} Te_x legeret solcelle blev analyseret ved karakteriseringer af lysintensitetsafhængig strømspænding, kapacitans-spænding og temperaturafhængig admittans, hvilket vil hjælpe til yderligere at optimere Se_{1 - x} Te_x legeringssystem," sagde Chen.

Efter at have fremstillet de nye selen-tellur-solceller med zinkoxidelektrontransportlag, fandt forskerne ud af, at det nye materiale bevarer de tidligere kendte positive træk ved at have en stor absorptionskoefficient og være meget fotoledende, samtidig med at det forbedrer effektiviteten.

"Effektiviteten af ​​ZnO/Se_0.7 Te_0,3 solceller er mere end fordoblet efter ni måneder i luften," sagde Chen. "ZnO/Se_0,7 Te_0,3 [er bevist som] en overlegen forbindelse med energibåndtilpasning og tæt vedhæftning, og effektiviteten på 1,85 % er opnået foreløbigt."

Forskerne søger nu at forbedre deres fremstilling af solcellerne og derefter at skalere teknologien.

"Det næste skridt vil være at forberede Se₁ af høj kvalitet _{- x} Te_x legeringsfilm – eliminer huller og tomgangsdefekter og så videre – og optimer enhedsstrukturen – tilføjelse af hultransportlaget og så videre – for yderligere at forbedre effektiviteten af ​​Se_{1 - x} Te_x legeret solceller og opnå masseproduktion." + Udforsk yderligere

Team optimerer formel for cadmium-tellur solceller