Onderzoek onder leiding van de Universiteit van Luxemburg onderzocht het fabricageproces van zonnecellen. De onderzoekers bewezen dat aannames over chemische processen die de afgelopen 20 jaar gemeengoed waren onder onderzoekers en producenten, zijn, in feite, onnauwkeurig.

De natuurkundigen publiceerden hun bevindingen in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .

Optimalisatie van het rendement van zonnepanelen

Fotovoltaïsche zonnepanelen zetten zonlicht om in elektrische energie. De panelen absorberen het binnenkomende licht dat elektronen opwekt en ze in een vooraf gedefinieerde richting sturen om een ​​elektrische stroom te genereren die motoren kan aandrijven of een lamp kan laten branden. Dit werkt door de interactie van verschillende lagen halfgeleiders en metalen in het zonnepaneel. De cellen worden vervaardigd in een complex proces waarbij verschillende chemische elementen worden afgezet op een glassubstraat, meestal door verdamping. Daarbij, een zonnecel "groeit", laag voor laag.

Vroeger, wetenschappers ontdekten bij toeval dat de efficiëntie van één type zonneceltechnologie enorm verbetert als ze natrium aan de lichtabsorberende laag toevoegen. Tegelijkertijd, ze zagen dat het natrium de groei van deze laag en de interactie van de andere chemische elementen beïnvloedt, het remt namelijk de vermenging van gallium en indium. Dit leidt tot minder homogene lagen en verslechtert daarmee de resultaten. Daarom, vroeger, wetenschappers en fabrikanten geloofden dat de ideale manier om een ​​zonnecel te produceren was om het natrium pas toe te voegen nadat het groeiproces was voltooid.

De rol van natrium in het productieproces

Door een andere aanpak te gebruiken, onderzoekers van de onderzoekseenheid Physics and Materials Science aan de Universiteit van Luxemburg, samen met vier internationale partners, konden nu aantonen dat de waarheid genuanceerder is. Terwijl de lichtabsorberende laag conventioneel uit duizenden afzonderlijke korrels bestaat, de onderzoeksgroep koos voor een meer veeleisende fabricagestrategie en kweekte de laag als een enkele korrel. "Eigenlijk, in dit werk laten we zien dat als de absorber is gemaakt van slechts één korrel, het toevoegen van een kleine hoeveelheid natrium helpt om de verdeling van de elementen te homogeniseren, " zei Diego Colombara, nu Marie Curie Research Fellow bij het International Iberian Nanotechnology Laboratory en de hoofdonderzoeker van de studie. "Dit is heel verrassend, omdat meer dan 20 jaar eerder onderzoek consequent het tegenovergestelde effect heeft aangetoond op absorbers gemaakt van veel granen."

De conclusie van de onderzoekers is dat natrium een ​​tweeledig effect heeft:het homogeniseert de elementen in elke korrel, maar vertraagt ​​de homogenisering in het samenspel tussen de korrels. "Dit geeft ons de mogelijkheid om te heroverwegen hoe we zonnecellen produceren. In de toekomst zullen deze inzichten kunnen leiden tot verbeteringen in het productieproces, " concludeerde Dr. Phillip Dale, het hoofd van de onderzoeksgroep van het Laboratorium voor Energiematerialen aan de Universiteit van Luxemburg en een Attract-fellow van het Luxemburgs Nationaal Onderzoeksfonds (FNR).