Onderzoekers van het Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) en de Johannes Kepler Universiteit Linz hebben een eenvoudige co-verdampingsmethode ontwikkeld om koper-indium-gallium-diselenide (CIGSe) nanodeeltjes te synthetiseren. De nanodeeltjes worden zelf geassembleerd tot een dunne film terwijl ze selenide nanokristallen vormen. In combinatie met een cadmiumsulfide (CdS)-bufferlaag levert de op nanodeeltjes gebaseerde CIGSe-zonnecel een verbeterde energieomzettingsefficiëntie op van ongeveer 12,6%, een absolute stijging van 2,5% vergeleken met een referentieapparaat zonder nanodeeltjes.

Ultradunne CIGSe-zonnecellen beloven een laag materiaalverbruik en een kosteneffectieve productie, maar de celefficiëntie lijdt onder de onvoldoende absorptie van licht in het nabij-infrarode (NIR) gebied als gevolg van de verminderde dikte van de lichtabsorberende CIGSe-laag. Om dit probleem te overwinnen hebben onderzoekers van HZB en Johannes Kepler Universiteit Linz een nieuwe strategie geïntroduceerd om CIGSe-nanodeeltjes te synthetiseren.

De nanodeeltjes worden tijdens het co-verdampingsproces zelf tot een dunne film samengevoegd. Vanwege de hoge vrije oppervlakte-energie van de nanodeeltjes kunnen selenide-atomen uit de CdS-bufferlaag gemakkelijk migreren naar de CIGSe-film en selenide-nanokristallen vormen met gecontroleerde grootte en ruimtelijke verdeling. De vorming van selenide nanokristallen kan de lichtabsorptierand uitbreiden naar het NIR-gebied en de conversie van NIR-licht verbeteren.

De geoptimaliseerde CIGSe-zonnecel op basis van nanodeeltjes vertoont een rendement van 12,6%, wat een aanzienlijke verbetering betekent ten opzichte van een referentiecel zonder nanodeeltjes. Deze studie demonstreert een eenvoudige en schaalbare aanpak om hoogwaardige ultradunne CIGSe-zonnecellen te vervaardigen. De aanpak zou ook kunnen worden uitgebreid naar andere dunnefilmzonnecellen, zoals CdTe en CZTSSe.