(Phys.org) - Europeiska forskare har utvecklat en enkel termodynamisk metod för att förutsäga om ett ämne kan motstå de höga temperaturer som normalt är involverade i produktionen av tunna filmer för solcellsapparater. Det nya tillvägagångssättet kan hjälpa forskare i deras sökande efter bättre energimaterial. Jonathan Scragg, Uppsala universitet, Sverige, och hans kollegor vid University of Bath, STORBRITANNIEN, och universitetet i Luxemburg presenterar sina resultat i ChemPhysChem .
"Det finns många saker att tänka på när man letar efter det ideala materialet i en solcell", säger Scragg. "Det måste vara mycket effektivt för att omvandla ljus till elektricitet, bör inte innehålla några sällsynta, dyra eller farliga råvaror, och måste vara lätt att tillverka med hög kvalitet". de flesta av de befintliga icke-kisel-oorganiska tunnfilmssolcellsteknologierna är baserade på antingen giftiga ämnen, såsom kadmiumtellurid (CdTe), eller relativt sällsynta ämnen, såsom kopparindiumgalliumselenid (CIGSe). Många forskare världen över söker därför efter alternativa material för att övervinna dessa begränsningar. "Vi står inför ett stort problem", säger Scragg. "Naturen har tillhandahållit ett så stort antal olika material att det är omöjligt att testa vart och ett. Vi beskriver en metod som avsevärt kan förenkla detta problem".
Under tillverkningsprocessen, solcellsmaterial måste värmas upp till höga temperaturer – i ett steg som kallas glödgning – så att de kan kristallisera med den kvalitet som krävs. Dock, många material kan inte tolerera dessa höga temperaturer utan att gå sönder, vilket gör dem i grunden olämpliga. Scragg och medarbetare har nu hittat ett sätt att avgöra i förväg om ett ämne kommer att kunna motstå de höga temperaturer som uppstår i tillverkningsprocessen eller inte. De förutspådde reaktionerna som äger rum under termisk behandling av skikt av flera multinära halvledarföreningar på olika substrat och visade att glödgningsförhållandena kan kontrolleras för att maximera stabiliteten och kvaliteten på materialen.
Forskarna studerade olika ämnen, som CIGSe, koppar zink tenn selenid (CZTSe), och andra mindre kända ternära och kvartära halvledare. Scragg tror att det nya tillvägagångssättet kommer att vara till stor hjälp i sökandet efter bättre absorberande material:"Det finns många alternativa material där ute, varav några är mycket lovande och några av dem kanske aldrig uppfyller kraven från solcellen. Få av dessa alternativ får någonsin den tid och de resurser som krävs för att utveckla dem till en tillräckligt hög nivå. Istället för att fokusera på ett enda material, vi tar ett bredare grepp, tillhandahålla en metod för att avgöra vilka material som är potentiellt användbara, och som har grundläggande begränsningar", han säger.
