Forskare från Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) och Johannes Kepler University Linz har utvecklat en enkel metod för samförångning för att syntetisera nanopartiklar av kopparindiumgalliumdiselenid (CIGSe). Nanopartiklarna är självmonterade till en tunn film samtidigt som de bildar selenid-nanokristaller. När den kombineras med ett kadmiumsulfid (CdS) buffertskikt, ger den CIGSe nanopartikelbaserade solcellen en förbättrad effektomvandlingseffektivitet på cirka 12,6 %, en absolut ökning på 2,5 % jämfört med en referensenhet utan nanopartiklar.

Ultratunna CIGSe-solceller lovar låg materialförbrukning och kostnadseffektiv produktion, men celleffektiviteten lider av den otillräckliga absorptionen av ljus i den nära-infraröda (NIR) regionen på grund av den minskade tjockleken på det ljusabsorberande CIGSe-skiktet. För att övervinna detta problem har forskare från HZB och Johannes Kepler University Linz introducerat en ny strategi för att syntetisera CIGSe nanopartiklar.

Nanopartiklarna är självmonterade till en tunn film under samförångningsprocessen. På grund av nanopartiklarnas höga ytfria energi kan selenidatomer från CdS-buffertskiktet lätt migrera in i CIGSe-filmen och bilda selenid-nanokristaller med kontrollerad storlek och rumslig fördelning. Bildandet av selenid-nanokristaller kan förlänga ljusabsorptionskanten till NIR-regionen och förbättra omvandlingen av NIR-ljus.

Den optimerade CIGSe nanopartikelbaserade solcellen uppvisar en verkningsgrad på 12,6 %, vilket är en avsevärd förbättring jämfört med en referenscell utan nanopartiklar. Denna studie visar ett enkelt och skalbart tillvägagångssätt för att tillverka högpresterande ultratunna CIGSe-solceller. Tillvägagångssättet skulle också kunna utvidgas till andra tunnfilmssolceller, såsom CdTe och CZTSSe.