Vandaag de dag, onze wereld is op zoek naar schonere energiebronnen om in onze toenemende industriële en economische behoeften te voorzien. Zonne-energie wordt een alternatieve bron voor fossiele brandstoffen, maar door het steeds sneller wordende tempo waarin we energie verbruiken, we moeten alomtegenwoordige PV-technologieën ontwikkelen die overal kunnen worden toegepast:op gebouwen, kleren, consumentenelektronica en wearables. Dit vereist ultradunne film, voordelige en ideaal flexibele zonnecellen zonder het milieu tijdens de productie in gevaar te brengen, gebruik maken van, of verwijdering.

De meesten van ons weten dat de meest voorkomende anorganische zonnecellen, weergegeven over daken en in zonneparken, zijn gemaakt van silicium. Echter, de productie van siliciumzonnecellen kan duur zijn en veel energie vragen en de uiteindelijke modules zijn zwaar en omvangrijk. Veel goedkopere dunnefilmzonnecellen, alternatief voor silicium, zijn samengesteld uit giftige elementen zoals lood of cadmium, of schaarse elementen zoals indium of tellurium bevatten.

Nu ICFO-onderzoekers Dr. Maria Bernechea, Dr. Nicky Miller, Guillem Xercavins, David Dus, en Dr. Alexandros Stavrinadis, onder leiding van ICREA Prof. bij ICFO Gerasimos Konstantatos hebben een oplossing gevonden voor dit toenemende probleem. Ze hebben een oplossing-verwerkt, semi-transparante zonnecel op basis van AgBiS2 nanokristallen, een materiaal dat bestaat uit niet-giftige, aarde-overvloedige elementen, geproduceerd onder omgevingsomstandigheden bij lage temperaturen. Deze kristallen zijn sterke panchromatische lichtabsorbeerders en zijn verder ontwikkeld om te fungeren als een effectief ladingstransporterend medium voor zonnecellen die in oplossing zijn verwerkt.

Wat is er bijzonder aan deze cellen? Zoals onderzoeker Dr. Maria Bernechea opmerkt:"Ze bevatten AgBiS2-nanokristallen, een nieuw materiaal op basis van niet-toxische elementen. De chemische synthese van de nanokristallen maakt een uitstekende controle van hun eigenschappen mogelijk door middel van engineering op nanoschaal en maakt hun oplossing in colloïdale oplossingen mogelijk. Het materiaal wordt gesynthetiseerd bij zeer lage temperaturen (100ºC), een orde van grootte lager dan die nodig zijn voor zonnecellen op basis van silicium."

Het team van onderzoekers van ICFO ontwikkelde deze cellen door middel van een synthetische procedure met lage temperatuur hete injectie. Ze dispergeerden eerst de nanokristallen in organische oplosmiddelen, waar de oplossingen maandenlang stabiel bleven zonder verlies van apparaatprestaties. Vervolgens werden de nanokristallen afgezet op een dunne film van ZnO en ITO, het meest gebruikte transparante geleidende oxide, door een laag-voor-laag depositieproces, totdat een dikte van ongeveer 35 nm was bereikt.

"Een zeer interessant kenmerk van AgBiS2-zonnecellen is dat ze bij lage temperaturen in de lucht kunnen worden gemaakt met behulp van goedkope oplossingsverwerkingstechnieken zonder de noodzaak van de geavanceerde en dure apparatuur die nodig is om veel andere zonnecellen te fabriceren. Deze kenmerken geven AgBiS2-zonnecellen aanzienlijk potentieel als goedkoop alternatief voor traditionele zonnecellen, " zegt Dr. Nicky Miller.

Deze cellen hebben al een stroomconversie-efficiëntie van 6,3 procent behaald, wat vergelijkbaar is met de eerder gerapporteerde efficiëntie van de huidige hoogwaardige dunne-film PV-technologieën. Dit benadrukt het potentieel van AgBiS2 als zonnecelmateriaal dat in de nabije toekomst kan concurreren met de huidige dunnefilmtechnologieën die afhankelijk zijn van op vacuüm gebaseerde, productieprocessen bij hoge temperaturen.

Zoals ICREA Prof bij ICFO Gerasimos Konstantatos concludeert:"Dit is het eerste efficiënte anorganische nanokristal-vastestof-zonnecelmateriaal dat tegelijkertijd voldoet aan de eisen voor niet-toxiciteit, overvloed en lage temperatuur oplossing verwerking. Deze eerste resultaten zijn zeer bemoedigend, maar dit is nog het begin en we werken momenteel aan onze volgende mijlpaal in de richting van efficiëntie> 12 procent".

De resultaten van deze studie betekenen een keerpunt in het concept en de productie van zonnecellen, de overgang van siliciumcellen naar goedkope milieuvriendelijke zonnecellen die zeker een veiligere en duurzamere wereld voor de toekomst zullen betekenen.