(PhysOrg.com) -- Als onderdeel van de recente vooruitgang bij het verbeteren van zonnecellen voor wijdverbreid gebruik, onderzoekers van Purdue University hebben zonnecellen ontworpen die gemaakt zijn van goedkope, overvloedige materialen die gemakkelijk schaalbaar en zeer stabiel zijn. De onderzoekers hebben de totale oppervlakte-efficiëntie van de zonnecellen verhoogd tot 7,2% en zijn van plan om in de toekomst verdere verbeteringen aan te brengen.

De onderzoekers, Qijie Guo, Grayson M. Ford, Wei Chang Yang, Bryce C. Walker, Eric A.Stach, Hugh W. Hillhouse, en Rakesh Agrawal, hebben hun studie over de verbeterde zonnecellen gepubliceerd in een recent nummer van de Tijdschrift van de American Chemical Society. Ze maakten de zonnecellen van koper-zink-tin-chalcogenide (CZTSSe), dat een aardrijk materiaal is, met behulp van een oplossingsgebaseerde dunnefilmdepositiemethode. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat deze methoden hoge opbrengsten kunnen opleveren tegen lagere productiekosten in vergelijking met andere methoden.

Het ontwerp van de zonnecel is gebaseerd op een eerdere studie van de onderzoekers waarin ze aantoonden dat zonnecellen die zijn vervaardigd met CZTS-nanokristallen potentieel levensvatbaar zijn, hoewel ze een efficiëntie van minder dan 1% hadden. Hier, de onderzoekers hebben het ontwerp aanzienlijk verbeterd door de samenstelling van de nanokristallen aan te passen en een robuustere dunnefilmcoatingmethode te ontwikkelen.

Na het synthetiseren van de nanokristallen en het aanbrengen op een substraat voor een totale filmdikte van 1 micrometer, merkten de onderzoekers op dat de nanokristalfilm grote, dicht opeengepakte granen, wat leidt tot een verbeterde efficiëntie van de zonnecel. Bij het testen, de zonnecellen zouden een totale oppervlakte-efficiëntie van 7,2% kunnen bereiken. Zoals co-auteur Hugh Hillhouse uitlegde, de totale oppervlakte-efficiëntie verwijst naar de hele cel, in plaats van alleen het 'actieve gebied'.

"Het is de totale oppervlakte-efficiëntie die het belangrijkst is, " hij vertelde PhysOrg.com. “Sommige mensen melden een efficiëntie van een ‘actief gebied’, die alleen gebieden omvat die het licht bereikt. Echter, alle dunnefilmzonnecellen zijn gemaakt met metalen contacten die ervoor zorgen dat het licht sommige gebieden niet bereikt. Als u dit verlies meetelt, we gebruiken de term 'totale oppervlakte' efficiëntie. Het is de meest eerlijke en belangrijkste efficiëntie.”

De efficiëntie van 7,2% werd bereikt na 15 minuten "light soaking" onder één-zonverlichting; toen het licht uitging, het rendement daalde tot 6,89%.

"Light soaking betekent eenvoudigweg dat we gesimuleerd zonlicht met normale intensiteit gedurende een bepaalde periode op de cel laten schijnen voordat we de meting uitvoeren, ' zei Hillhouse. “Hoogstwaarschijnlijk, door de lichte onderdompeling kunnen fotogegenereerde dragers vallen vullen, de quasi-Fermi-niveaus verschuiven, en/of schermbarrières gecreëerd door bandoffsets. Dat is geen probleem, aangezien echte zonnecellen van nature licht doordrenkt zijn – ze staan ​​in de zon.”

Hoewel er momenteel geen CZTS of CZTSSe zonnecellen op de markt zijn ter vergelijking, de zonnecellen in deze studie zijn zeer concurrerend met andere fabricagemethoden.

“De beste cellen gevormd door vacuümprocessen hebben slechts 6,7% bereikt, ' zei Hillhouse. “Typisch, zonnecellen geproduceerd door op vacuüm gebaseerde processen zijn efficiënter, maar ook duurder. Voor het geval van CZTS, de oplossingsfase-aanpak (onze nanokristalroute en IBM's hydrazineroute) is efficiënter.”

Een potentieel gebied voor verbetering voor deze zonnecellen ligt in het verbeteren van hun lage kwantumefficiëntie voor licht met langere golflengten (d.w.z. het nabij-infraroodbereik). De onderzoekers probeerden deze efficiëntie te verbeteren door de dikte van de absorber te vergroten, hoewel hun eerste experimenten aantoonden dat dikkere absorberende lagen ook een verhoogde weerstand hadden. In de toekomst, ze zijn van plan de fabricage voor dikkere films te optimaliseren, wat de algehele efficiëntie verder zou kunnen verhogen.

“Er is veel compositievrijheid in het CZTSSe-systeem, en het is waarschijnlijk dat de optimale samenstellingen, apparaat structuur, en verwerkingsvoorwaarden zijn nog niet gevonden - maar we werken eraan, ' zei Hillhouse.

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.