(Phys.org) -- Europese onderzoekers hebben een eenvoudige thermodynamische methode ontwikkeld om te voorspellen of een stof bestand is tegen de hoge temperaturen die normaal gesproken optreden bij de productie van dunne films voor fotovoltaïsche apparaten. De nieuwe aanpak kan wetenschappers helpen bij hun zoektocht naar betere energiematerialen. Jonathan Scragg van de Universiteit van Uppsala, Zweden, en zijn collega's van de Universiteit van Bath, VK, en de Universiteit van Luxemburg presenteren hun resultaten in ChemPhysChem .

"Er komt veel kijken bij het zoeken naar het ideale materiaal in een zonnecel", zegt Scragg. "Het moet heel effectief zijn in het omzetten van licht in elektriciteit, mag geen zeldzame, dure of gevaarlijke grondstoffen, en moet gemakkelijk te vervaardigen zijn met een hoge kwaliteit". de meeste van de bestaande niet-silicium anorganische dunne-film zonneceltechnologieën zijn gebaseerd op ofwel giftige stoffen, zoals cadmiumtelluride (CdTe), of relatief zeldzame stoffen, zoals koper indium gallium selenide (CIGSe). Veel onderzoekers wereldwijd zoeken daarom naar alternatieve materialen om deze beperkingen te overwinnen. "We staan ​​voor een enorm probleem", zegt Scragg. "De natuur heeft zo'n groot aantal verschillende materialen opgeleverd dat het onmogelijk is om ze allemaal te testen. We beschrijven een methode die dit probleem enorm kan vereenvoudigen".

Tijdens het productieproces, zonnecelmaterialen moeten tot hoge temperaturen worden verwarmd - in een stap die gloeien wordt genoemd - zodat ze met de vereiste kwaliteit kunnen kristalliseren. Echter, veel materialen kunnen deze hoge temperaturen niet verdragen zonder kapot te gaan, waardoor ze fundamenteel ongeschikt zijn. Scragg en collega's hebben nu een manier gevonden om van tevoren te bepalen of een stof bestand is tegen de hoge temperaturen die tijdens het productieproces optreden of niet. Ze voorspelden de reacties die plaatsvinden tijdens de thermische behandeling van lagen van verschillende multinaire halfgeleiderverbindingen op verschillende substraten en toonden aan dat de annealingsomstandigheden kunnen worden gecontroleerd om de stabiliteit en kwaliteit van de materialen te maximaliseren.

De wetenschappers bestudeerden verschillende stoffen, zoals CIGSe, koper zink tin selenide (CZTSe), en andere minder bekende ternaire en quaternaire halfgeleiders. Scragg gelooft dat de nieuwe aanpak van grote hulp zal zijn bij het zoeken naar betere absorberende materialen:"Er zijn veel alternatieve materialen beschikbaar, waarvan sommige veelbelovend zijn en waarvan sommige misschien nooit voldoen aan de eisen van de zonnecel. Weinig van deze alternatieven krijgen ooit de tijd en middelen die nodig zijn om ze op een voldoende hoog niveau te ontwikkelen. In plaats van zich te concentreren op één enkel materiaal, we pakken het breder aan, het verstrekken van een methode om te bepalen welke materialen potentieel nuttig zijn, en die fundamentele beperkingen hebben", hij zegt.