Termisk stabile solcellematerialer

(Phys.org) - Europæiske forskere har udviklet en simpel termodynamisk metode til at forudsige, om et stof kan modstå de høje temperaturer, der normalt er involveret i produktionen af ​​tynde film til fotovoltaiske enheder. Den nye tilgang kan hjælpe forskere i deres søgen efter bedre energimaterialer. Jonathan Scragg fra Uppsala Universitet, Sverige, og hans kolleger fra University of Bath, Storbritannien, og University of Luxembourg præsenterer deres resultater i ChemPhysChem .

"Der er mange ting at overveje, når man leder efter det ideelle materiale i en solcelle", siger Scragg. "Det skal være meget effektivt til at omdanne lys til elektricitet, bør ikke indeholde nogle sjældne, dyre eller farlige råvarer, og skal være let at fremstille med høj kvalitet". de fleste af de eksisterende ikke-silicium uorganiske tyndfilm solcelleteknologier er baseret på enten giftige stoffer, såsom cadmiumtellurid (CdTe), eller relativt sjældne stoffer, såsom kobber indium gallium selenid (CIGSe). Mange forskere verden over søger derfor efter alternative materialer til at overvinde disse begrænsninger. "Vi står med et kæmpe problem", siger Scragg. "Naturen har leveret så mange forskellige materialer, at det er umuligt at teste hver enkelt. Vi beskriver en metode, der i høj grad kan forenkle dette problem".

Under fremstillingsprocessen, solcellematerialer skal opvarmes til høje temperaturer – i et trin kaldet annealing – så de kan krystallisere med den nødvendige kvalitet. Imidlertid, mange materialer kan ikke tolerere disse høje temperaturer uden at nedbrydes, hvilket gør dem grundlæggende uegnede. Scragg og kolleger har nu fundet en måde at afgøre på forhånd, om et stof vil være i stand til at modstå de høje temperaturer, man støder på i fremstillingsprocessen eller ej. De forudsagde de reaktioner, der finder sted under den termiske behandling af lag af flere multinære halvlederforbindelser på forskellige substrater og demonstrerede, at udglødningsbetingelserne kan kontrolleres for at maksimere materialernes stabilitet og kvalitet.

Forskerne studerede forskellige stoffer, såsom CIGSe, kobber zink tin selenid (CZTSe), og andre mindre kendte ternære og kvaternære halvledere. Scragg mener, at den nye tilgang vil være til stor hjælp i søgen efter bedre absorberende materialer:"Der er mange alternative materialer derude, hvoraf nogle er meget lovende og nogle af dem måske aldrig opfylder solcellens krav. Få af disse alternativer får nogensinde den tid og de ressourcer, der kræves for at udvikle dem til et tilstrækkeligt højt niveau. I stedet for at fokusere på ét enkelt materiale, vi anlægger en bredere tilgang, tilvejebringelse af en metode til at bestemme, hvilke materialer der er potentielt nyttige, og som har grundlæggende begrænsninger", han siger.