Forskere forbedrer effektiviteten af ​​billige solceller

(PhysOrg.com) - Som en del af de seneste fremskridt med forbedring af solceller til udbredt brug, forskere fra Purdue University har designet solceller lavet af billige, rigelige materialer, der er let skalerbare og meget stabile. Forskerne har øget solcellernes samlede arealeffektivitet til 7,2% og planlægger at foretage yderligere forbedringer i fremtiden.

Forskerne, Qijie Guo, Grayson M. Ford, Wei-Chang Yang, Bryce C. Walker, Eric A. Stach, Hugh W. Hillhouse, og Rakesh Agrawal, har offentliggjort deres undersøgelse af de forbedrede solceller i et nyligt nummer af Journal of the American Chemical Society. De fremstillede solcellerne af kobber-zink-tin-chalcogenid (CZTSSe), som er et jord-rigeligt materiale, ved hjælp af en løsningsbaseret tyndfilmsaflejringsmetode. Tidligere forskning har vist, at disse metoder kan give høje udbytter til lavere fremstillingsomkostninger sammenlignet med andre metoder.

Solcelledesignet er baseret på forskernes tidligere undersøgelse, hvor de demonstrerede, at solceller fremstillet ved hjælp af CZTS -nanokrystaller er potentielt levedygtige, selvom de havde en effektivitet på mindre end 1%. Her, forskerne foretog betydelige forbedringer af designet ved at justere sammensætningen af ​​nanokrystaller samt udvikle en mere robust tyndfilmbelægningsmetode.

Efter syntese af nanokrystaller og påføring på et substrat for en samlet filmtykkelse på 1 mikrometer, forskerne observerede, at nanokrystalfilmen indeholdt store, tætpakket korn, hvilket fører til forbedret solcelleeffektivitet. Ved testning, solcellerne kunne opnå en samlet arealeffektivitet på 7,2%. Som medforfatter Hugh Hillhouse forklarede, den samlede arealeffektivitet refererer til hele cellen, frem for bare det "aktive område".

"Det er den samlede arealeffektivitet, der betyder mest, " han fortalte PhysOrg.com. “Nogle mennesker rapporterer om et’ aktivt område ’effektivitet, som kun omfatter områder, som lyset når. Imidlertid, alle tyndfilm solceller er fremstillet med metalkontakter, der blokerer lyset fra at nå nogle områder. Når du medtager dette tab, vi bruger udtrykket 'samlet areal' effektivitet. Det er den mest fair og vigtige effektivitet. ”

7,2% effektiviteten blev nået efter "let gennemblødning" i 15 minutter under belysning med en sol; da lyset var slukket, effektiviteten faldt til 6,89%.

”Let gennemblødning betyder ganske enkelt, at vi skinner normal intensitetsimuleret sollys på cellen i en periode, før vi foretager målingen, ”Sagde Hillhouse. “Mest sandsynligt, lysblødgøringen gør det muligt for fotogenererede bærere at fylde fælder, ændre quasi-Fermi niveauer, og/eller skærmbarrierer skabt af båndforskydninger. Det giver ikke noget problem, da rigtige solceller er naturligt lette gennemblødte - de sidder i solen. ”

Selvom der i øjeblikket ikke er nogen CZTS eller CZTSSe solceller på markedet til sammenligning, solcellerne i denne undersøgelse er meget konkurrencedygtige med andre fremstillingsmetoder.

”De bedste celler dannet ved vakuumprocesser har kun nået 6,7%, ”Sagde Hillhouse. “Typisk, solceller produceret ved vakuumbaserede processer har været mere effektive, men også dyrere. I tilfælde af CZTS, løsningsfasetilgangen (vores nanokrystalrute og IBMs hydrazinrute) er mere effektiv. ”

Et potentielt forbedringsområde for disse solceller ligger i at forbedre deres lave kvanteeffektivitet for lys med længere bølgelængder (dvs. det nær-infrarøde område). Forskerne forsøgte at forbedre denne effektivitet ved at øge tykkelsen af ​​absorberen, selvom deres første forsøg viste, at tykkere absorberlag også havde øget modstand. I fremtiden, de planlægger at optimere fremstillingen til tykkere film, hvilket yderligere kunne øge den samlede effektivitet.

”Der er meget kompositionsfrihed i CZTSSe -systemet, og det er sandsynligt, at de optimale sammensætninger, enhedens struktur, og behandlingsbetingelser er endnu ikke fundet - men vi arbejder på det, ”Sagde Hillhouse.

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omfordelt helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.