Νέα προσέγγιση σε ηλιακά κύτταρα τιτανίτη ασβεστίου μεγάλης επιφάνειας

Τα κύτταρα χαλκογονιδίου έχουν τα πλεονεκτήματα του υψηλού συντελεστή απορρόφησης φωτός, του εξαιρετικά μεγάλου μήκους διάχυσης του φορέα, της χαμηλής ενέργειας δέσμευσης εξιτονίου, της υψηλής ανοχής ελαττωμάτων, του ρυθμιζόμενου κενού ζώνης και των διαφορετικών διαδικασιών προετοιμασίας. Ωστόσο, αντιμετωπίζουν επίσης πολλές προκλήσεις, όπως σταθερότητα, υλικά και περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

Προηγουμένως, έχουμε δει περισσότερη βελτίωση στην απόδοση και τη σταθερότητα και η υλοποίηση διαδικασιών παραγωγής μεγάλης κλίμακας αντικατοπτρίζεται κυρίως στον προηγμένο εξοπλισμό, με σχετικά λίγες προσεγγίσεις που εστιάζουν σε πρόδρομα υλικά για το στρώμα χαλκογονιδίου, αλλά το γεγονός είναι ότι τα ηλιακά κύτταρα χαλκογονιδίου είναι μόνο τόσο καλά όσο τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε αυτά.

Για παράδειγμα, σκόνη ιωδιούχου μολύβδου, της οποίας η ποιότητα είναι ένα από τα κλειδιά για την αποτελεσματικότητα ενός κυττάρου χαλκογονιδίου. Πρόσφατα, επιστήμονες στην Ταϊβάν, στην Κίνα, επέδειξαν μια νέα μέθοδο για την παραγωγή ιωδιούχου μολύβδου υψηλής καθαρότητας, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόδρομο υλικό για ηλιακή κυψέλη οξειδίου ασβεστίου-τιτανίου.

Χρησιμοποιώντας το πρόδρομο υλικό για την κατασκευή του στρώματος χαλκογονιδίου και των επακόλουθων ηλιακών κυψελών, επιτυγχάνεται καλύτερος έλεγχος του προσανατολισμού των κρυστάλλων μέσω της χρήσης θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα υψηλότερη απόδοση.

Μια ομάδα επιστημόνων στο Ινστιτούτο Έρευνας Βιομηχανικής Τεχνολογίας (ITRI) στην Ταϊβάν εργάστηκε για την κατασκευή ιωδιούχου μολύβδου (PbI2), στοιχείου σε όλα τα καλύτερα παραγόμενα ηλιακά κύτταρα χαλκογονιδίου μέχρι σήμερα. Βασιζόμενοι σε παλαιότερες έρευνες, οι μελέτες αυτών των επιστημόνων έδειξαν ότι η καθαρότητα και η σύνθεση αυτού του υλικού μπορεί να είναι βασικός παράγοντας στην απόδοση όταν ενσωματωθεί σε ένα ηλιακό κύτταρο.

Τα ευρήματά τους περιγράφονται σε ένα πρόσφατο άρθρο στο RRL Solar με τίτλο «Μια νέα μέθοδος για τον έλεγχο του προτιμησιακού προσανατολισμού των κρυστάλλων ιωδιούχου μολύβδου για την επίτευξη αποτελεσματικών ηλιακών κυψελών χαλκογονιδίου μεγάλης περιοχής».

Η τελευταία δουλειά της ομάδας δείχνει πώς η κρυσταλλική δομή και ο προσανατολισμός του ιωδιούχου μολύβδου μπορεί τελικά να έχει σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση των κυττάρων. Οι ερευνητές περιγράφουν επίσης μια απλή μέθοδο για την επίτευξη ελέγχου χρησιμοποιώντας τη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνθεσης.

Η ομάδα δημιούργησε ένα κελί 3,68 cm² με απόδοση 16,08 τοις εκατό

Όταν έγινε σε κύτταρα, το PbI2 που συντέθηκε στην υψηλότερη θερμοκρασία των 120 βαθμών Κελσίου είχε καλύτερη απόδοση, μια θερμοκρασία που θα είχε ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη ανάπτυξη στο απαιτούμενο οριζόντιο επίπεδο. Κύτταρα κατασκευασμένα με PbI2 στους 25 βαθμούς Κελσίου είχαν μέση απόδοση μόνο 8,8 τοις εκατό , ενώ τα κύτταρα που κατασκευάστηκαν με επεξεργασμένο υλικό 120 βαθμών Κελσίου είχαν μέση απόδοση 17 τοις εκατό , με ένα από τα πρωταθλήματα στην παρτίδα να είναι 17,96 τοις εκατό .

Αυτά τα κύτταρα κλιμακώθηκαν σε μια επιφάνεια 3,68 cm2 και πέτυχαν απόδοση 16,08 τοις εκατό. Η ομάδα πιστεύει ότι αυτή η μέθοδος έχει ισχυρές δυνατότητες για χρήση στη μελέτη συσκευών με μεγαλύτερες επιφάνειες.