Sølv forbedrer effektiviteten af ​​solceller i monokornlag

Som et resultat af deres toårige fælles projekt, materialeforskerne fra Tallinn University of Technology har forbedret effektiviteten af ​​næste generation af solceller ved delvis at erstatte kobber med sølv i absorbermateriale.

Den økonomiske udvikling og den generelle vækst i energiforbruget har ført til en øget efterspørgsel efter miljøvenlig energiproduktion til lavere omkostninger. De fleste levedygtige løsninger kan findes i sektoren for vedvarende energi. Nye teknologier til energiproduktion bør give ren, lavpris, miljøvenlige løsninger med alsidige applikationer, gør solenergi til den bedste løsning i dag. TalTechs materialeforskere arbejder på udviklingen af ​​næste generation af solceller - monokornede solceller.

Seniorforsker ved TalTech Laboratory of Photovoltaic Materials Marit Kauk-Kuusik siger, "Produktionen af ​​traditionelle siliciumsolceller, der startede tilbage i 1950'erne, er stadig meget ressource- og energikrævende. Vores forskning er fokuseret på udviklingen af ​​næste generation af solceller, dvs. tyndfilmsolceller baseret på sammensatte halvledere."

En tyndfilmsolcelle består af flere tynde lag af halvledermaterialer. For effektive tyndfilmssolceller, Som absorber skal der anvendes halvleder med meget gode lysabsorberende egenskaber. Siliciumabsorber er ikke en egnet kandidat til tyndfilmsolceller på grund af ikke-optimal lysabsorption, hvilket fører til et ret tykt absorberlag. TalTech-forskere udvikler sammensatte halvledermaterialer kaldet kesteritter (Cu ₂ ZnSn(Se, S) ₄ ), som udover fremragende lysabsorbering, indeholder jordrige og billige kemiske grundstoffer (f.eks. kobber, zink, tin, svovl og selen). For at producere kesteritter, TalTech-forskere bruger en monograin-pulverteknologi, som er enestående i verden.

"Den monokornede pulverteknologi, vi udvikler, adskiller sig fra andre lignende solcelleproduktionsteknologier, der bruges i verden med hensyn til dens metode. Sammenlignet med vakuumfordampning eller sputterteknologier, som er meget udbredt til fremstilling af tyndfilmstrukturer, monokorn pulverteknologien er billigere, " siger Marit Kauk-Kuusik.

Pulvervækstteknologi er processen med opvarmning af kemiske komponenter i en speciel kammerovn ved 750 grader i fire dage. Derefter vaskes og sigtes den opnåede masse i specielle maskiner. Den syntetiserede, højkvalitets mikrokrystallinsk, monokornpulver bruges til produktion af solceller. Pulverteknologien adskiller sig fra andre produktionsmetoder, især på grund af dens lave omkostninger, da det ikke kræver noget dyrt højvakuumudstyr.

Monokornpulveret består af unikke mikrokrystaller, der danner parallelforbundne miniaturesolceller i et stort modul (dækket med et ultratyndt bufferlag). Det her, imidlertid, giver store fordele i forhold til fotovoltaiske moduler fra den tidligere generation, det vil sige siliciumbaserede solpaneler. Fotovoltaiske celler er lette, fleksibel, kan være gennemsigtig, samtidig med at det er miljøvenligt og væsentligt billigere.

Indikatoren for kvaliteten af ​​fotovoltaik er effektivitet. Effektiviteten afhænger ikke kun af de anvendte materialers egenskaber og solcellens struktur, men også på solstrålingsintensitet, indfaldsvinkel og temperatur.

De ideelle betingelser for at opnå maksimal effektivitet er i kolde solrige bjerge, ikke i en varm ørken, som man kunne forvente, fordi varme ikke forbedrer solcellens effektivitet. Det er muligt at beregne den maksimale teoretiske effektivitet for hvert solpanel, hvilken, desværre, har hidtil været umuligt at opnå i virkeligheden, men det er et mål at forfølge.

"Vi er nået til det punkt i vores udvikling, hvor delvis udskiftning af kobber med sølv i kesteritabsorberende materialer kan øge effektiviteten med 2%. Dette skyldes, at kobber er meget mobilt i naturen, forårsager ustabil solcelleeffektivitet. Udskiftningen af ​​1 % kobber med sølv forbedrede effektiviteten af ​​solceller i monokornlag fra 6,6 % til 8,7 %, " siger Marit Kauk-Kuusik.

De to TalTechs grupper af materialeforskere:fotovoltaiske materialer og optoelektroniske materialers fysikforskningsgrupper udgav en artikel "Effekten af ​​Ag-legering af Cu ₂ (Zn, Cd)SnS ₄ om monograin-pulveregenskaber og solcelleydelse" i et videnskabeligt tidsskrift af høj kvalitet Journal of Materials Chemistry A .