(PhysOrg.com) - Som en del av de senaste framstegen med att förbättra solceller för utbredd användning, forskare från Purdue University har designat solceller gjorda av billiga, rikligt med material som är lätt skalbara och mycket stabila. Forskarna har ökat solcellernas totala areaeffektivitet till 7,2% och planerar att göra ytterligare förbättringar i framtiden.

Forskarna, Qijie Guo, Grayson M. Ford, Wei-Chang Yang, Bryce C. Walker, Eric A. Stach, Hugh W. Hillhouse, och Rakesh Agrawal, har publicerat sin studie om de förbättrade solcellerna i ett nyligen utgåva av Journal of the American Chemical Society. De tillverkade solcellerna av koppar-zink-tenn-kalkogenid (CZTSSe), som är ett jordartat material, med hjälp av en lösningsbaserad tunnfilmsavsättningsmetod. Tidigare forskning har visat att dessa metoder kan ge höga avkastningar till lägre tillverkningskostnader jämfört med andra metoder.

Solcellsdesignen är baserad på forskarnas tidigare studie där de visade att solceller tillverkade med CZTS -nanokristaller är potentiellt livskraftiga, även om de hade en effektivitet på mindre än 1%. Här, forskarna gjorde betydande förbättringar av designen genom att justera sammansättningen av nanokristaller samt utveckla en mer robust tunnfilmsmetod.

Efter att ha syntetiserat nanokristallerna och applicerat dem på ett underlag för en total filmtjocklek på 1 mikrometer, forskarna observerade att nanokristallfilmen innehöll stora, tätt packade korn, vilket leder till förbättrad solcellseffektivitet. Vid testning, solcellerna skulle kunna uppnå en total areaeffektivitet på 7,2%. Som medförfattaren Hugh Hillhouse förklarade, den totala yteffektiviteten avser hela cellen, snarare än bara det "aktiva området".

"Det är den totala areaeffektiviteten som är viktigast, " han berättade PhysOrg.com. "Vissa människor rapporterar en" aktivt område "effektivitet, som endast inkluderar områden som ljuset når. Dock, alla tunnfilms solceller är gjorda med metallkontakter som blockerar ljuset från att nå vissa områden. När du inkluderar denna förlust, vi använder termen ”total yta” effektivitet. Det är den mest rättvisa och viktiga effektiviteten. ”

7,2% effektivitet uppnåddes efter ”lätt blötläggning” i 15 minuter under belysning med en sol; när ljuset var släckt, effektiviteten sjönk till 6,89%.

”Lätt blötläggning innebär helt enkelt att vi lyser med normal intensitet simulerat solljus på cellen under en tid innan vi gör mätningen, ”Sa Hillhouse. "Mest troligt, ljusblötläggningen gör att fotogenererade bärare kan fylla fällor, flytta kvasi-Fermi-nivåerna, och/eller skärmbarriärer skapade av bandförskjutningar. Det utgör inget problem eftersom riktiga solceller är naturligt ljusblöta - de sitter i solen. ”

Även om det för närvarande inte finns några CZTS- eller CZTSSe -solceller på marknaden för jämförelse, solcellerna i denna studie är mycket konkurrenskraftiga med andra tillverkningsmetoder.

”De bästa cellerna som bildas genom vakuumprocesser har bara nått 6,7%, ”Sa Hillhouse. ”Normalt sett solceller som produceras genom vakuumbaserade processer har varit mer effektiva, men också dyrare. För CZTS, lösningsfasmetoden (vår nanokristallväg och IBMs hydrazinväg) är mer effektiv. ”

Ett potentiellt förbättringsområde för dessa solceller ligger i att förbättra deras låga kvanteffektivitet för ljus med längre våglängder (dvs. det nära infraröda området). Forskarna försökte förbättra denna effektivitet genom att öka tjockleken på absorbatorn, även om deras första experiment visade att tjockare absorptionsskikt också hade ökat motstånd. I framtiden, de planerar att optimera tillverkningen för tjockare filmer, vilket ytterligare kan öka den totala effektiviteten.

”Det finns mycket kompositionsfrihet i CZTSSe -systemet, och det är troligt att de optimala kompositionerna, enhetsstruktur, och bearbetningsvillkor har ännu inte hittats - men vi arbetar med det, ”Sa Hillhouse.

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.