Nu de wereldwijde energiegerelateerde uitstoot van kooldioxide in 2021 een recordhoogte bereikt, is de behoefte aan schone energie dringender dan ooit. Een voorbeeld van zo'n alternatief voor fossiele brandstoffen is zonne-energie. Zonnecellen zijn ontwikkeld met een verscheidenheid aan materialen, maar selenium (Se) is een wenselijke optie omdat het goedkoop, stabiel en niet-toxisch is, volgens Chao Chen van het Wuhan National Laboratory for Optoelectronics (WNLO) en School of Optical Electronic Informatie aan de Huazhong University of Science and Technology, China.

De efficiëntie wordt echter beperkt door het lage smeltpunt en de brede bandgap - het bereik waar geen elektronische toestanden kunnen bestaan. Nu hebben Chen en andere onderzoekers deze beperkingen overwonnen door selenium te legeren met tellurium (Te), waardoor selenium-zonnecellen een aantrekkelijkere optie worden.

De onderzoekers publiceerden hun resultaten in Frontiers of Optoelectronics .

Het optimale bandgapbereik voor single-junction zonnecellen is volgens de onderzoekers 1-1,5 eV, maar de bandgap van Se is ongeveer 1,8 eV, waardoor het breder is dan ideaal voor gebruik in zonnecellen. De onderzoekers waren in staat om de zonnecellen af ​​te stemmen op de Shockley-Queisser-limiet, de maximale theoretische efficiëntie van een single-junction zonnecel, door selenium te koppelen aan tellurium.

"Het legeren van [selenium] met tellurium, dat dezelfde kristalstructuur heeft en [een] smalle bandgap heeft, kan de bandgap afstemmen en het smeltpunt verhogen, waardoor het absorptiespectrum wordt vergroot en de kwaliteit van [de selenium-zonnecel]-films wordt verbeterd, " zei Chen, universitair hoofddocent aan de School of Optical Electronic Information aan de Huazhong University of Science and Technology, die de corresponderende auteur is. "Dus Se_{1 - x} Te_x legering zal naar verwachting de efficiëntie van zonnecellen verbeteren."

De onderzoekers gebruikten ook zinkoxide (ZnO) als elektronentransportlaag bij de fabricage van de zonnecellen vanwege de juiste banduitlijning en milde reactie op het grensvlak van het zinkoxide en het selenium/tellurium.

"Zinkoxide werd geselecteerd als de elektronentransportlaag, die enigszins kan reageren met Se om de hechting aan het grensvlak te verbeteren en bungelende bindingen te verminderen en zo grensvlakdefecten te verminderen," zei Chen.

Chen zei dat dit gebruik van zinkoxide een van de nieuwe onderdelen van dit onderzoek was, samen met de analyse die de onderzoekers hebben uitgevoerd op bepaalde aspecten van de seleniumtellurium-zonnecellen.

"Het recombinatiemechanisme en defecttype van Se_{1 - x} Te_x gelegeerde zonnecellen werden geanalyseerd door karakteriseringen van lichtintensiteitsafhankelijke stroom-spanning, capaciteit-spanning en temperatuurafhankelijke toelating, wat zal helpen om de Se₁ verder te optimaliseren _{- x} Te_x legeringssysteem," zei Chen.

Na het fabriceren van de nieuwe seleniumtellurium-zonnecellen met zinkoxide-elektronentransportlagen, ontdekten de onderzoekers dat het nieuwe materiaal de eerder bekende positieve eigenschappen behoudt van een grote absorptiecoëfficiënt en zeer fotogeleidend zijn, terwijl de efficiëntie wordt verbeterd.

"De efficiëntie van ZnO/Se_0,7 Te_0.3 zonnecellen zijn meer dan verdubbeld na negen maanden in de lucht," zei Chen. "ZnO/Se_0.7 Te_0.3 [is bewezen als] een superieure kruising met energieband-matching en strakke hechting, en de efficiëntie van 1,85% is voorlopig bereikt."

De onderzoekers proberen nu hun fabricage van de zonnecellen te verbeteren en vervolgens de technologie op te schalen.

"De volgende stap is het voorbereiden van Se₁ . van hoge kwaliteit _{- x} Te_x legeringsfilms - elimineer gaten en leegstandsdefecten enzovoort - en optimaliseer de apparaatstructuur - voeg de gattransportlaag toe enzovoort - om de efficiëntie van Se₁ verder te verbeteren _{- x} Te_x zonnecellen legeren en massaproductie bereiken." + Verken verder

Team optimaliseert formule voor cadmium-tellurium zonnecellen