Specifika förändringar i sammansättningen av halvledare av kesterit-typ gör det möjligt att förbättra deras lämplighet som absorptionsskikt i solceller. Som ett team på Helmholtz-Zentrum Berlin visade, detta gäller särskilt för kesteriter där tenn ersattes med germanium. Forskarna undersökte proverna med hjälp av neutrondiffraktion vid BER II och andra metoder. Arbetet valdes ut på omslaget till tidskriften CrystEngComm .

Kesteriter är halvledarföreningar gjorda av grundämnena koppar, tenn, zink, och selen. Dessa halvledare kan användas som ett optiskt absorberande material i solceller, men har hittills bara uppnått en maximal effektivitet på 12,6 procent, medan solceller gjorda av koppar-indium-gallium-selenid (CIGS) redan uppnår effektivitet på över 20 procent. Ändå, kesteriter anses vara intressanta alternativ till CIGS solceller eftersom de består av gemensamma element, så att inga flaskhalsar i utbudet kan förväntas. Ett team som leds av professor Susan Schorr vid HZB har nu undersökt en serie icke-stökiometriska kesteritprover och belyst förhållandet mellan komposition och de opto-elektroniska egenskaperna. Under syntesen av proverna vid HZB, tennatomerna ersattes med germanium.

Neutrondiffraktion vid BER II

Forskarna undersökte sedan dessa prover med hjälp av neutrondiffraktion vid BER II. Koppar, zink, och germanium kan särskiljas från varandra särskilt bra med denna metod, och deras positioner kan placeras i kristallgitteret. Resultatet:kesteriter med en lätt kopparfattig och zinkrik sammansättning som finns i solceller med högst effektivitet har också den lägsta koncentrationen av punktdefekter samt den lägsta störningen av koppar-zink. Ju mer kompositionen berikades med koppar, desto högre koncentration var av andra punktfel som ansågs vara skadliga för solcellernas prestanda. Ytterligare undersökningar visade hur energibandsklyftan, som det är känt, beror på sammansättningen av kesteritpulverproverna.

Effekterna av Germanium

"Detta bandgap är en egenskap hos halvledare och bestämmer vilka frekvenser av ljusfrigöringsladdningsbärare i materialet, "förklarar René Gunder, författare till verket. "Vi vet nu att germanium ökar det optiska bandgapet, så att materialet kan omvandla en större andel solljus till elektrisk energi. "

Kesteriter:Kandidat för solceller och fotokatalysatorer

"Vi är övertygade om att den här typen av kesteriter inte bara är lämpliga för solceller, men kan också övervägas för andra applikationer. Kesteriter som fungerar som fotokatalysatorer kan kunna dela vatten till väte och syre med solljus, och för att lagra solenergi i form av kemisk energi, "förklarar Schorr.