(Phys.org) —Onderzoekers van het NIST Center for Nanoscale Science and Technology (CNST) hebben een nieuwe laag-energetische elektronenstraaltechniek gedemonstreerd en deze gebruikt om de elektronische eigenschappen op nanoschaal van korrelgrenzen en korrelinterieurs in cadmiumtelluride (CdTe) zonne-energie te onderzoeken. cellen. Hun resultaten suggereren dat het beheersen van materiaaleigenschappen nabij de korrelgrenzen een pad zou kunnen bieden voor het verhogen van de efficiëntie van dergelijke zonnecellen.

Onder dunne film fotovoltaïsche zonnecellen, die gemaakt van cadmiumtelluride behoren tot de meest succesvolle op de markt. Echter, de efficiëntie van commerciële cellen is nog steeds minder dan de helft van het theoretische maximum, en de onderliggende mechanismen voor het tekort worden niet goed begrepen. Aangenomen wordt dat CdTe-cellen stroom verliezen aan hun materiële korrelgrenzen; echter, er is ook gesuggereerd dat deze korrelgrenzen eigenschappen hebben die de dragerverzameling daadwerkelijk zouden kunnen verbeteren als ze beter zouden worden begrepen.

Karakteriseringstechnieken die gefocuste elektronenbundels gebruiken om stromen te induceren, worden steeds vaker gebruikt voor het onderzoeken van de eigenschappen van dunnefilmzonnecellen. De metingen zijn gemakkelijker met behulp van hoge energie-elektronen, maar de hogere energie vermindert de ruimtelijke resolutie. De onderzoekers breidden de traditionele door elektronenbundels geïnduceerde stroommetingen uit door laagenergetische bundels te gebruiken om de CdTe lokaal te exciteren en stroom te creëren. Deze bundels hebben een ruimtelijke resolutie van ongeveer 20 nm, klein genoeg om de fotostroomrespons binnen de korrelinterieurs of bij de korrelgrenzen in kaart te brengen.

De metingen werden uitgevoerd op fragmenten die waren geëxtraheerd uit een commerciële dunnefilmzonnecel. Elektrische contacten op nanoschaal werden geprepareerd met afmetingen vergelijkbaar met een enkele of enkele korrels, het huidige pad beperken tot maten die relevant zijn voor het begrijpen van de huidige productie en verlies.

De metingen tonen aan dat een groot deel van de korrelgrenzen een hogere stroomafname vertonen dan de korrelinterieurs, schijnbaar de prestaties van het apparaat verbeteren. Echter, met behulp van 2D-eindige-elementensimulaties, de onderzoekers toonden aan dat deze korrelgrenzen ook een groot pad creëren voor lekstroom, wat de efficiëntiewinst van de verbeterde fotostroomverzameling volledig teniet doet.

De onderzoekers zijn van mening dat hun techniek een waardevol hulpmiddel biedt voor het visualiseren van het gedrag van fotovoltaïsche cellen op de lengteschalen die nodig zijn om zowel verliesmechanismen in fotovoltaïsche materialen als interne structuren in deze materialen te begrijpen, wat kan leiden tot een hogere algehele celefficiëntie.