Als resultaat van hun tweejarige gezamenlijke project, de materiaalonderzoekers van de Technische Universiteit van Tallinn hebben de efficiëntie van de volgende generatie zonnecellen verbeterd door koper gedeeltelijk te vervangen door zilver in absorberend materiaal.

Economische ontwikkeling en de algemene groei van het energieverbruik hebben geleid tot een grotere vraag naar milieuvriendelijke energieproductie tegen lagere kosten. De meest haalbare oplossingen zijn te vinden in de sector van de hernieuwbare energie. Nieuwe technologieën voor energieproductie moeten zorgen voor schone, goedkoop, milieuvriendelijke oplossingen met veelzijdige toepassingen, zonne-energie vandaag de beste oplossing maken. De materiaalonderzoekers van TalTech werken aan de ontwikkeling van de volgende generatie fotovoltaïsche zonnecellen:monograinlaagzonnecellen.

Senior onderzoeker bij TalTech Laboratory of Photovoltaic Materials Marit Kauk-Kuusik zegt:"De productie van traditionele siliciumzonnecellen die in de jaren vijftig begon, kost nog steeds veel hulpbronnen en energie. Ons onderzoek is gericht op de ontwikkeling van de volgende generatie zonnecellen, dat wil zeggen dunne-film zonnecellen op basis van samengestelde halfgeleiders."

Een dunnefilmzonnecel bestaat uit meerdere dunne lagen halfgeleidermaterialen. Voor efficiënte dunnefilmzonnecellen, halfgeleider met zeer goede lichtabsorberende eigenschappen moet als absorber worden gebruikt. Siliciumabsorbeerder is geen geschikte kandidaat voor dunnefilmzonnecellen vanwege niet-optimale lichtabsorptie die leidt tot een vrij dikke absorberende laag. TalTech-onderzoekers ontwikkelen samengestelde halfgeleidermaterialen genaamd kesterites (Cu ₂ ZnSn(Se, S) ₄ ), die naast een uitstekende lichtabsorptie, bevatten aarde overvloedige en goedkope chemische elementen (bijvoorbeeld koper, zink, blik, zwavel en selenium). Om kesterieten te produceren, TalTech-onderzoekers gebruiken een monograin poedertechnologie, wat uniek is in de wereld.

"De monograin-poedertechnologie die we ontwikkelen verschilt van andere vergelijkbare zonnecelproductietechnologieën die in de wereld worden gebruikt in termen van zijn methode. Vergeleken met vacuümverdampings- of sputtertechnologieën, die op grote schaal worden gebruikt om dunnefilmstructuren te produceren, de monograin poedertechnologie is goedkoper, ' zegt Marit Kauk-Kuusik.

Poedergroeitechnologie is het proces waarbij chemische componenten gedurende vier dagen in een speciale kameroven op 750 graden worden verwarmd. Daarna wordt de verkregen massa gewassen en gezeefd in speciale machines. de gesynthetiseerde, hoogwaardige microkristallijne, monograin poeder wordt gebruikt voor de productie van zonnecellen. De poedertechnologie onderscheidt zich met name van andere productiemethoden door de lage kosten, omdat er geen dure hoogvacuümapparatuur voor nodig is.

Het monograinpoeder bestaat uit unieke microkristallen die parallel geschakelde miniatuurzonnecellen vormen in een grote module (omhuld met een ultradunne bufferlaag). Dit, echter, biedt grote voordelen ten opzichte van de fotovoltaïsche modules van de vorige generatie, d.w.z. zonnepanelen op basis van silicium. De fotovoltaïsche cellen zijn lichtgewicht, flexibel, transparant kan zijn, terwijl het milieuvriendelijk en aanzienlijk goedkoper is.

De graadmeter voor de kwaliteit van fotovoltaïsche energie is efficiëntie. Het rendement hangt niet alleen af ​​van de eigenschappen van de gebruikte materialen en de structuur van de zonnecel, maar ook op de intensiteit van de zonnestraling, invalshoek en temperatuur.

De ideale omstandigheden voor het bereiken van maximale efficiëntie zijn in koude, zonnige bergen, niet in een hete woestijn, zoals men zou verwachten, omdat warmte de efficiëntie van de zonnecel niet verbetert. Het is mogelijk om voor elk zonnepaneel het maximale theoretische rendement te berekenen, die, helaas, tot nu toe in de praktijk onmogelijk is geweest, maar het is een doel om na te streven.

"We hebben het punt in onze ontwikkeling bereikt waarop gedeeltelijke vervanging van koper door zilver in kesterietabsorberende materialen de efficiëntie met 2% kan verhogen. Dit komt omdat koper zeer mobiel van aard is, waardoor een onstabiel zonnecelrendement ontstaat. De vervanging van 1% koper door zilver verbeterde de efficiëntie van monograinlaagzonnecellen van 6,6% naar 8,7%, ' zegt Marit Kauk-Kuusik.

De twee groepen materiaalonderzoekers van TalTech:fotovoltaïsche materialen en opto-elektronische materiaalfysica onderzoeksgroepen publiceerden een artikel "Het effect van Ag-legering van Cu ₂ (Zn, Cd)SnS ₄ over de monograinpoedereigenschappen en zonnecelprestaties" in een hoogwaardig wetenschappelijk tijdschrift Journal of Materials Chemistry A .