Nästa generations lätta flexibla solcell med enkornigt lager utvecklad av TalTech-forskare. Kredit:Professor Jüri Krustok
Som ett resultat av deras tvååriga gemensamma projekt, materialforskarna vid Tallinns tekniska universitet har förbättrat effektiviteten hos nästa generations solceller genom att delvis ersätta koppar med silver i absorbatormaterial.
Den ekonomiska utvecklingen och den allmänna ökningen av energiförbrukningen har lett till en ökad efterfrågan på miljövänlig energiproduktion till lägre kostnad. De flesta hållbara lösningarna finns inom sektorn för förnybar energi. Ny teknik för energiproduktion bör ge ren, låg kostnad, miljövänliga lösningar med mångsidiga tillämpningar, gör solenergi till den bästa lösningen idag. TalTechs materialforskare arbetar med utvecklingen av nästa generations solceller – solceller med monokornskikt.
Seniorforskare vid TalTech Laboratory of Photovoltaic Materials Marit Kauk-Kuusik säger, "Tillverkningen av traditionella kiselsolceller som startade redan på 1950-talet är fortfarande mycket resurs- och energikrävande. Vår forskning är inriktad på utvecklingen av nästa generations solceller, dvs tunnfilmssolceller baserade på sammansatta halvledare."
En tunnfilmssolcell består av flera tunna lager av halvledarmaterial. För effektiva tunnfilmssolceller, Halvledare med mycket goda ljusabsorberande egenskaper ska användas som absorbator. Silikonabsorbent är inte en lämplig kandidat för tunnfilmssolceller på grund av icke-optimal ljusabsorption som leder till ett ganska tjockt absorberande lager. TalTech-forskare utvecklar sammansatta halvledarmaterial som heter kesteriter (Cu 2 ZnSn(Se, S) 4 ), som förutom utmärkt ljusabsorption, innehåller mycket jord och billiga kemiska grundämnen (t.ex. koppar, zink, tenn, svavel och selen). För att producera kesteriter, TalTech-forskare använder en monograin-pulverteknologi, som är unik i världen.
"Den monokornpulverteknologi som vi utvecklar skiljer sig från andra liknande teknologier för tillverkning av solceller som används i världen när det gäller dess metod. Jämfört med vakuumindunstning eller sputterteknik, som används i stor utsträckning för att producera tunnfilmsstrukturer, monograin pulverteknologin är billigare, " säger Marit Kauk-Kuusik.
Pulvertillväxtteknologi är processen att värma kemiska komponenter i en speciell kammarugn vid 750 grader i fyra dagar. Därefter tvättas och siktas den erhållna massan i speciella maskiner. Den syntetiserade, högkvalitativ mikrokristallin, monokornpulver används för produktion av solceller. Pulvertekniken skiljer sig från andra produktionsmetoder i synnerhet på grund av dess låga kostnad, eftersom det inte kräver någon dyr högvakuumutrustning.
Seniorforskare vid TalTech Laboratory of Photovoltaic Materials Marit Kauk-Kuusik. Kredit:TalTech
Monokornpulvret består av unika mikrokristaller som bildar parallellkopplade miniatyrsolceller i en stor modul (täckt med ett ultratunt buffertskikt). Detta, dock, ger stora fördelar jämfört med föregående generations solcellsmoduler, dvs silikonbaserade solpaneler. Solcellerna är lätta, flexibel, kan vara transparent, samtidigt som det är miljövänligt och betydligt billigare.
Indikatorn på kvaliteten på solceller är effektivitet. Effektiviteten beror inte bara på egenskaperna hos de använda materialen och solcellens struktur, men också på solstrålningsintensiteten, infallsvinkel och temperatur.
De idealiska förhållandena för att uppnå maximal effektivitet är i kalla soliga berg, inte i en varm öken, som man kan förvänta sig, eftersom värme inte förbättrar solcellens effektivitet. Det är möjligt att beräkna den maximala teoretiska verkningsgraden för varje solpanel, som, tyvärr, har hittills varit omöjligt att uppnå i verkligheten, men det är ett mål att eftersträva.
"Vi har nått den punkt i vår utveckling där partiell ersättning av koppar med silver i kesteritabsorberande material kan öka effektiviteten med 2%. Detta beror på att koppar är mycket rörligt till sin natur, orsakar instabil solcellseffektivitet. Ersättningen av 1 % koppar med silver förbättrade effektiviteten hos solceller med monokornskikt från 6,6 % till 8,7 %, " säger Marit Kauk-Kuusik.
De två TalTechs grupper av materialforskare:fotovoltaiska material och optoelektroniska materialfysikgrupper publicerade en artikel "The effect of Ag alloying of Cu 2 (Zn, Cd)SnS 4 om monograin pulveregenskaper och solcellsprestanda" i en högkvalitativ vetenskaplig tidskrift Journal of Materials Chemistry A .
