Nu för tiden, vår värld är på jakt efter renare energikällor för att driva våra ökande industriella och ekonomiska behov. Solenergi håller på att bli en alternativ källa till fossila bränslen, men på grund av den accelererande takten i vilken vi förbrukar energi, vi behöver utveckla allestädes närvarande PV-tekniker som kan användas överallt:på byggnader, kläder, hemelektronik och wearables. Detta kräver ultratunn film, låg kostnad och idealiskt flexibla solceller utan att kompromissa med miljön under produktionen, använda sig av, eller bortskaffande.

De flesta av oss vet att de vanligaste oorganiska solcellerna, visas över hustak och i solgårdar, är gjorda av kisel. Dock, produktionen av kiselsolceller kan vara dyr och energikrävande och de slutliga modulerna är tunga och skrymmande. Många billigare tunnfilmssolceller, alternativ till kisel, består av giftiga ämnen som bly eller kadmium, eller innehåller knappa grundämnen som indium eller tellur.

Nu ICFO forskare Dr. Maria Bernechea, Dr Nicky Miller, Guillem Xercavins, David så, och Dr Alexandros Stavrinadis, ledd av ICREA Prof. vid ICFO Gerasimos Konstantatos har hittat en lösning på detta ökande problem. De har tillverkat en lösningsbearbetad, semi-transparent solcell baserad på AgBiS2 nanokristaller, ett material som består av giftfritt, jordnära element, produceras i omgivningsförhållanden vid låga temperaturer. Dessa kristaller är starka pankromatiska absorbenter av ljus och har vidareutvecklats för att fungera som ett effektivt laddningstransporterande medium för lösningsbearbetade solceller.

Vad är speciellt med dessa celler? Som forskaren Dr. Maria Bernechea kommenterar, "De innehåller AgBiS2 nanokristaller, ett nytt material baserat på giftfria grundämnen. Den kemiska syntesen av nanokristallerna tillåter utsökt kontroll av deras egenskaper genom ingenjörskonst på nanoskala och möjliggör deras upplösning i kolloidala lösningar. Materialet syntetiseras vid mycket låga temperaturer (100ºC), en storleksordning lägre än de som krävs för kiselbaserade solceller."

Teamet av forskare vid ICFO utvecklade dessa celler genom ett syntetiskt förfarande med låg temperatur varminjicering. De spred först nanokristallerna i organiska lösningsmedel, där lösningarna förblev stabila i månader utan någon förlust i enhetens prestanda. Sedan deponerades nanokristallerna på en tunn film av ZnO och ITO, den mest använda transparenta ledande oxiden, genom en lager för lager avsättningsprocess, tills en tjocklek av ungefär 35 nm uppnåddes.

"En mycket intressant egenskap hos AgBiS2-solceller är att de kan tillverkas i luft vid låga temperaturer med hjälp av lågkostnadslösningar utan att behöva den sofistikerade och dyra utrustning som krävs för att tillverka många andra solceller. Dessa funktioner ger AgBiS2-solceller betydande potential som ett lågkostnadsalternativ till traditionella solceller, " säger Dr Nicky Miller.

Dessa celler har redan uppnått en effektomvandlingseffektivitet på 6,3 procent, vilket är i nivå med de tidigare rapporterade effektivitetsvinsterna för för närvarande högpresterande tunnfilms PV-tekniker. Detta belyser potentialen hos AgBiS2 som ett solcellsmaterial som inom en snar framtid kan konkurrera med nuvarande tunnfilmsteknologier som är beroende av vakuumbaserade, högtemperaturtillverkningsprocesser.

Som ICREA-professor vid ICFO Gerasimos Konstantatos avslutar, "Detta är det första effektiva oorganiska nanokristalliserade solcellsmaterialet i fast tillstånd som samtidigt uppfyller kraven på icke-toxicitet, överflöd och lågtemperaturlösningsbearbetning. Dessa första resultat är mycket uppmuntrande, men detta är fortfarande början och vi arbetar för närvarande på vår nästa milstolpe mot effektivitetsvinster> 12 procent".

Resultaten från denna studie betecknar en vändpunkt i konceptet och produktionen av solceller, gå från kiselceller till lågkostnadsmiljövänliga solceller som definitivt kommer att innebära en säkrare och mer hållbar värld för framtiden.