Οι επιστήμονες δείχνουν πώς να βελτιώσουν τα ηλιακά κύτταρα Ultrathin Cigse με νανοσωματίδια

Οι ερευνητές του Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) και του πανεπιστημίου Johannes Kepler Linz έχουν αναπτύξει μια απλή μέθοδο συν-εξάτμισης για τη σύνθεση νανοσωματίδια χαλκού ινδίου γαλλίου (CIGSE). Τα νανοσωματίδια αυτο-συναρμολογούνται σε ένα λεπτό φιλμ, ενώ σχηματίζουν νανοκρύσταλα σεληνιδίου. Όταν συνδυάζεται με ένα στρώμα ρυθμιστικού διαλύματος καδμίου (CDS), το ηλιακό κύτταρο με βάση το νανοσωματίδιο CIGSE αποδίδει μια βελτιωμένη απόδοση μετατροπής ισχύος περίπου 12,6%, απόλυτη αύξηση 2,5% σε σύγκριση με μια συσκευή αναφοράς χωρίς νανοσωματίδια.

Τα ηλιακά κύτταρα Ultrathin CIGSE κατέχουν υπόσχεση κατανάλωσης χαμηλής υλικής και οικονομικά αποδοτικής παραγωγής, αλλά η απόδοση των κυττάρων πάσχει από την ανεπαρκή απορρόφηση του φωτός στην περιοχή εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας λόγω του μειωμένου πάχους του στρώματος CIGSE που απορροφά το φως. Για να ξεπεραστούν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές από το HZB και το πανεπιστήμιο Johannes Kepler Linz έχουν εισαγάγει μια νέα στρατηγική για τη σύνθεση νανοσωματιδίων CIGSE.

Τα νανοσωματίδια αυτο-συναρμολογούνται σε ένα λεπτό φιλμ κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συν-εξάτμισης. Λόγω της υψηλής επιφάνειας ελεύθερης ενέργειας των νανοσωματιδίων, τα άτομα σεληνιδίου από το στρώμα ρυθμιστικού διαλύματος CDS μπορούν εύκολα να μεταναστεύσουν στην μεμβράνη CIGSE και να σχηματίσουν νανοκρύσταλα σεληνιδίου με ελεγχόμενο μέγεθος και χωρική κατανομή. Ο σχηματισμός νανοκρυστάλλων σεληνιδίου μπορεί να επεκτείνει την άκρη απορρόφησης φωτός στην περιοχή NIR και να ενισχύσει τη μετατροπή του φωτός NIR.

Το βελτιστοποιημένο ηλιακό κύτταρο με βάση τα νανοσωματίδια CIGSE παρουσιάζει απόδοση 12,6%, η οποία αντιπροσωπεύει σημαντική βελτίωση σε σύγκριση με ένα κύτταρο αναφοράς χωρίς νανοσωματίδια. Αυτή η μελέτη καταδεικνύει μια απλή και κλιμακωτή προσέγγιση για την κατασκευή ηλιακών κυττάρων υψηλής απόδοσης Ultrathin CIGSE. Η προσέγγιση θα μπορούσε επίσης να επεκταθεί σε άλλα ηλιακά κύτταρα λεπτής υδατογράφησης, όπως CDTE και CZTSSE.