Fysiker från universitetet i Luxemburg har tillsammans med internationella forskare undersökt oxidationsprocessen av solcellsmaterial vars resultat kan förändra det nuvarande sättet att producera solceller. Studien har publicerats i den berömda tidskriften Naturkommunikation i juli 2020.

Fasgränser är kritiska punkter för materialens egenskaper. Forskargruppen har just upptäckt att när material som används för solceller är nära en fasgräns, oxidationsprocessen skapar mycket mer skada än bara oxidationen.

Denna publikation är ett resultat av ett fyraårigt forskningsprojekt och fruktbart samarbete inom Institutionen för fysik och materialvetenskap (DPhyMS) mellan Laboratory for Energy Materials (LEM) under ledning av prof. Phillip Dale och Laboratory for Photovoltaics (LPV) ledd av prof. Susanne Siebentritt. Projektet genomfördes framgångsrikt av Diego Colombara och Hossam Elanzeery som vid den tiden var postdoktor och doktorandforskare vid universitetet i Luxemburg, respektive.

Teamet förklarar mer detaljerat projektet.

Vad är en fasgräns för solcellsmaterial?

"När is smälter och blir till vatten, den passerar en fasgräns. I detta fall, det är temperaturen som gör att materialet passerar fasgränsen. I sammansatta halvledare, som kopparindiumselenid, som används i solceller, det är sammansättningen som gör att materialet passerar fasgränsen. I den idealiska kristallen, det finns lika mycket Cu som In, och när det finns mer Cu än i är materialet i en annan fas än när det är mindre Cu än In."

Hur kontrollerar du denna förändring?

"Vi kan kontrollera detta genom deponeringsprocessen. Det har varit känt länge, att när materialet oxiderar, till exempel, när vi lämnar det för länge i luften, det bildar en indiumoxid. Vad vi nu fann är:när det Cu-rika materialet oxiderar, det bildar inte bara indiumoxid utan det blir också för Cu-rikt. Så, Cu måste lämna materialet. Och genom att göra det, den tar selen med sig, bildar nya defekter, selen vakanserna. Och de är dåliga för solcellerna. Denna insikt är inte bara viktig för hur vi tillverkar solceller. Selenidmaterial har andra applikationer inom datalagring, lasning och kommunikation. Fynden kommer att vara relevanta även för de andra selenider eller sulfider som visar liknande fasgränser. "

Hur kan vi bygga bättre solceller?

"Vi känner nu till rotmekanismen för uppkomsten av dessa skadliga defekter i våra solceller och har redan funnit att det är möjligt att delvis ta bort dessa defekter när de väl har bildats, genom att tvinga ut ett överskott av selen från utsidan. Att bygga på denna kunskapsbas, vi kommer att designa tillverkningsmetoder som helt och hållet förhindrar defektbildning, som en del av vår färdplan för effektivare omvandling av solenergi."