Germanium lover bedre opto-elektroniske egenskaber end tin til kesterit solceller

Specifikke ændringer i sammensætningen af ​​halvledere af kesterit-type gør det muligt at forbedre deres egnethed som absorberlag i solceller. Som et team på Helmholtz-Zentrum Berlin viste, dette gælder især for kesteritter, hvor tin blev erstattet af germanium. Forskerne undersøgte prøverne ved hjælp af neutrondiffraktion ved BER II og andre metoder. Værket blev valgt til forsiden af ​​tidsskriftet CrystEngComm .

Kesteritter er halvlederforbindelser fremstillet af grundstofferne kobber, tin, zink, og selen. Disse halvledere kan bruges som et optisk absorbermateriale i solceller, men har indtil videre kun opnået en maksimal effektivitet på 12,6 procent, mens solceller fremstillet af kobber-indium-gallium-selenid (CIGS) allerede opnår effektiviteter på over 20 procent. Alligevel, kesteritter betragtes som interessante alternativer til CIGS solceller, fordi de består af fælles elementer, således at der ikke må forventes nogen flaskehalse i udbuddet. Et team ledet af professor Susan Schorr ved HZB har nu undersøgt en række ikke-støkiometriske kesteritprøver og belyst forholdet mellem sammensætning og de opto-elektroniske egenskaber. Under syntesen af ​​prøverne på HZB, tinatomerne blev erstattet med germanium.

Neutrondiffraktion ved BER II

Forskerne undersøgte derefter disse prøver ved hjælp af neutrondiffraktion ved BER II. Kobber, zink, og germanium kan skelnes særligt godt fra hinanden med denne metode, og deres positioner kan placeres i krystalgitteret. Resultatet:kesteritter med en let kobberfattig og zinkrig sammensætning fundet i solceller med den højeste effektivitet har også den laveste koncentration af punktdefekter samt den laveste forstyrrelse af kobber-zink. Jo mere sammensætningen blev beriget med kobber, jo højere koncentration var af andre punktdefekter, der blev anset for at være skadelige for solcellernes ydeevne. Yderligere undersøgelser viste, hvordan energibåndsgabet, som det er kendt, afhænger af sammensætningen af ​​kesteritpulverprøverne.

Virkningerne af Germanium

"Dette båndgab er et kendetegn for halvledere og bestemmer hvilke frekvenser af lysfrigivelsesladningsbærere i materialet, "forklarer René Gunder, første forfatter til værket. "Vi ved nu, at germanium øger det optiske båndgab, tillader materialet at omdanne en større andel af sollys til elektrisk energi. "

Kesteritter:Kandidat til solceller og fotokatalysatorer

"Vi er overbeviste om, at den slags kesteritter ikke kun er egnede til solceller, men kan også overvejes til andre applikationer. Kesteritter, der fungerer som fotokatalysatorer, kan muligvis opdele vand i hydrogen og ilt ved hjælp af sollys, og til at lagre solenergi i form af kemisk energi, "forklarer Schorr.