(Phys.org) — Att uppnå en balans mellan låg kostnadstillverkning och hög effektivitet är nyckeln till framtida framgång för solceller. Under de senaste åren, forskare har arbetat med att utveckla billiga metoder för att tillverka solceller. En av de mest lovande metoderna är lösningsbearbetning.

I en ny tidning, Dr Joel van Embden, et al., från CSIRO Materials Science and Engineering, Australien, har använt en billig lösningsbearbetningsmetod för att tillverka nanokristallbaserade solceller gjorda av miljövänliga polära nanokristallbläck.

Medan tidigare solceller tillverkade av nanokristaller har krävt användning av lösningsmedel som är mycket giftiga eller innehåller höga koncentrationer av organiska föroreningar, i den nya studien kunde forskarna använda billiga, ofarliga lösningsmedel istället, som enkla alkoholer. Även på detta tidiga stadium i deras utveckling, solcellerna uppvisar effektiviteter på upp till 7,7 % och verkar vara lovande kandidater för framtida kommersiella tillämpningar.

"Den största betydelsen av vårt arbete är att det bevisar förmågan att ta billiga material och bearbeta dem till effektiva solceller med skalbara metoder och miljövänliga vätskor, " berättade van Embden Phys.org .

Som forskarna förklarar i sin artikel, det slutliga upptaget av lösningsbearbetade solceller på marknaden för förnybar energi beror på både förmågan att syntetisera de erforderliga halvledar-"bläck"-dispersionerna med hjälp av skalbara, lågkostnadsmetoder, såväl som bearbetningen av dessa bläck till enheter med enkla, godartad kemi. De nya nanokristallbaserade solcellerna tacklar båda dessa utmaningar. Vidare, det ljusabsorberande lagret av dessa celler är gjort av nanokristaller som består av de billiga, jordnära material koppar, zink, tenn och svavel.

Forskarna gjorde "solar bläcket" genom att modifiera nanokristallytkemin för att ge en hög polaritet. Denna höga polaritet uppnåddes genom att fästa specialiserade organiska molekyler som kallas ligander på nanokristallytan.

Nanokristallbläcken avsattes sedan på ledande glassubstrat och behandlades med selenånga med en process som kallas selenisering. Denna process omvandlar den nanokristallina filmen till en mikrokristallin film, vilket avsevärt förbättrar filmernas reaktion på ljus. Dock, graden av korntillväxt som induceras av denna seleniseringsprocess är för närvarande begränsad. Forskarna förväntar sig att denna begränsning är den största utmaningen som nanokristallbaserade solceller står inför.

Den framtida inriktningen av denna forskning ligger i att driva mot högre enhetseffektivitet genom att skräddarsy nanokristallbläckkompositionen. De polära bläcken gör att fördelaktiga dopämnen och tillväxtfrämjande tillsatser kan inkluderas. Denna utveckling öppnar dörren till komplexa bläckformuleringar som förväntas vara lämpliga för utskrift av nästa generations solceller.

"Vi håller på att utveckla flerkomponents nanokristallbläck, som innehåller olika tillsatser, var och en med sin egen roll att spela för att förbättra den slutliga solcellens effektivitet, " sa van Embden.

© 2014 Phys.org