UNSW-onderzoeker op het gebied van zonne-energie en Scientia Fellow Dr. Xiaojing Hao en haar team hebben twee wereldrecords op het gebied van energie-efficiëntie behaald voor het zonnecelmateriaal van de toekomst, sulfide kesteriet.

Dr. Hao en haar team hebben de efficiëntiegrens van 10 procent doorbroken voor niet alleen sulfide-kesteriet, maar ook voor een standaard kesterite-zonnecel. of het nu puur sulfidemateriaal is of minder gewenst selenium bevat.

Het resultaat, die is gepubliceerd in een paper in Natuur Energie vandaag, is het vierde opeenvolgende efficiëntierecord dat de groep onder leiding van Dr. Hao in twee jaar heeft behaald.

Dr. Hao zegt dat hoewel de energie-efficiëntie nog niet op een niveau is dat in de industrie kan worden gebruikt, de resultaten zijn veelbelovend voor een materiaal dat overvloedig en goedkoop te verkrijgen is.

'Sulfidekesteriet is een verbinding die bestaat uit koper, zink, tin en zwavel – vier goedkope en overvloedige elementen in de aardkorst, " ze zegt.

"Ik noem ze groene materialen, want naast overvloedig, ze zijn ook niet giftig."

Sulfidekesteriet (Cu ₂ ZnSnS ₄ , ook wel CZTS genoemd) is een dunnefilmhalfgeleidermateriaal dat is afgeleid van fotovoltaïsch (PV) materiaal CIGS (koper indium gallium (di)selenide), een gecommercialiseerde, zeer efficiënte dunnefilm PV-technologie met als bijkomend voordeel dat het in staat is om worden toegepast op flexibele oppervlakken.

Echter, een nadeel van CIGS is dat indium relatief zeldzaam is en veel gevraagd wordt voor gebruik in platte beeldschermen (zoals televisieschermen, notebook schermen, en touchscreens), wat betekent dat het duur is. Een van de uitdagingen van zonnecellen is de afhankelijkheid van zeldzame en giftige materialen voor gebruik bij de productie van dunnefilmzonnecellen.

"De prijs van indium is al hoog en zal naar verwachting blijven stijgen, omdat de markt voor platte beeldschermen groeit, " zegt Dr. Hao.

Voer CZTS in. Door indium en gallium te vervangen door het overvloedige zink en tin, u een verbinding heeft die voldoet aan de criteria van lage kosten, flexibel, niet giftig en overvloedig.

"Naast dat, als een op zichzelf staande dunne-film PV, CZTS-gerelateerd materiaal heeft de kans om te worden gebruikt in een tandemcel met silicium, omdat de bandgap gemakkelijk over een breed bereik kan worden afgestemd bij legering met andere elementen, waardoor het goed aansluit bij de hoge bandgap-vereisten voor de bovenste cellen van tandemstapels, " legt Dr. Hao uit.

"De belangrijkste voorwaarde voor een dergelijke ontwikkeling is dat we de efficiëntie van CZTS boven de 20 procent moeten krijgen om een ​​totale energie-efficiëntie van meer dan 30 procent te zien. " zegt Dr. Hao.

Een ander voordeel van het gebruik van sulfide-kesteriet is dat productieprocessen voor CIGS gemakkelijk kunnen worden aangepast aan het produceren van CZTS. Het feit dat de dunne film op flexibele oppervlakken kan worden aangebracht, maakt het een aantrekkelijk alternatief.

"De flexibele PV-cellen zijn lichtgewicht, uitbreiding van hun potentiële gebruik voor integratie in gebouwen en op andere oneffen oppervlakken zoals auto's of onbemande luchtvoertuigen (UAV's)."

Dus CZTS is goedkoop, overvloedig geproduceerd, flexibel, niet giftig en gemakkelijk te integreren in bestaande productieprocessen. Ontbrekend zijn de energie-efficiëntieniveaus die nodig zijn om het materiaal commercieel te gebruiken.

Gezien de efficiëntieverbeteringen die de afgelopen jaren zijn geboekt - van 7,6 procent naar 11 procent - gelooft Dr. Hao dat zij en haar team op de goede weg zijn om een ​​efficiëntieniveau van 15 of 20 procent te bereiken. Maar ze heeft geen illusie dat het van de ene op de andere dag zal gebeuren.

"Voor elke efficiëntieverandering, we hebben een stapsgewijze technologie nodig om het te laten gebeuren, " zegt Dr. Hao.

"Met CZTS, er zijn nog zoveel dingen die we niet weten. Het ontrafelen van deze onbekenden is het meest opwindende avontuur."

Ze is behoorlijk enthousiast over recente niet-gepubliceerde bevindingen die aanzienlijke veranderingen teweeg kunnen brengen. Om ervoor te zorgen dat deze nieuwe bevindingen verder worden ontwikkeld, Eind dit jaar vraagt ​​ze financiering aan voor een nieuw project.