Mezinárodní výzkumný tým poprvé prokázal technickou proveditelnost pro tenkovrstvé články. Ty jsou založené na absorbérech vyrobených ze stříbra, barya, titanu a selenu (Ag2BaTiSe4). Simulace ukázaly, že tato zařízení mohou dosáhnout účinnosti až 29,8 % a mohou se založit na různých materiálech nárazníkové vrstvy.
Skupina výzkumníků vedená Autonomní univerzitou v Querétaru v Mexiku poprvé navrhla vyrobit tenkovrstvé solární články. Ty jsou založené na absorbéru vyrobeném ze stříbra, barya, titanu a selenu (Ag2BaTiSe4).
Vědci vysvětlili, že jejich přístup spočíval v analýze elektronové afinity absorbéru, mezifázových defektů a parazitní odolnosti. A také v hodnocení dopadu těchto faktorů na výkon buněk. Testovali také různé typy vyrovnávacích vrstev v navržené konfiguraci buněk ve snaze najít netoxické alternativy k sulfidu kademnatému (CdS).
Výzkumná skupina použila kapacitní software solárních článků SCAPS-1D, vyvinutý Univerzitou v Gentu, k simulaci nového designu článku. Ten zahrnuje skleněný substrát potažený molybdenem (Mo), vrstvou diselenidu molybdenu (MoSe2) i absorbér Ag2BaTiSe4. Dále taky nárazníkovou vrstvu a průhledné vodivé oxidové filmy vyrobené z oxidu india a zinku (IZO) a zinku dopovaného hliníkem oxidu (AZO) a kovový kontakt.
Pro pufrovací tenkovrstvé vrstvy zvažovali použití CdS. Ale také nových chalkogenidů kovů alkalických zemin, jako je sulfid hořečnatý (MgS), sulfid vápenatý (CaS), sulfid strontnatý (SrS) a sulfid barnatý (BaS). Vzali v úvahu kritické parametry, jako je tloušťka, koncentrace nosiče a hustota defektů.
Tenkovrstvé solární články spoléhající na absorbér vyrobený ze stříbra, barya, titanu, selenu
Tým také zavedl neutrální defekty u Ag2BaTiSe4/MoSe2 a pufru/Ag2BaTiSe4. A to proto, aby vytvořil realistické provozní podmínky pro simulaci. A snažil se tak posoudit, jak koncentrace nosiče ve vrstvách pufru ovlivňuje vlastnosti rozhraní mezi absorbérem a pufrem v buňce. Použil také impedanční spektroskopii ke zkoumání akumulace nosičů náboje na rozhraní buňky.
Analýza výzkumníků ukázala, že optimální hodnota koncentrace nosiče MoSe210 cm−3 a tloušťky absorbéru Ag2BaTiSe4 by měla být mezi 0,5 µm a 1,6 µm. Ukázalo se také, že solární článek může dosáhnout účinnosti přeměny energie 18,84 % s vrstvou MgS, 17,17 % s vrstvou CaS, 20,65 % s vrstvou SrS, 20,87 % s vrstvou BaS a 18,66 % s vrstvou konvenční vrstva CdS.
Další analýza ukázala, že doladěním parametrů MoSe2 a vlastností rozhraní může účinnost dosáhnout 28 %, 30,02 %, 29,87 %, 30,23 % a 29,68 %.
Strukturální defekty
Vědci na závěr uvedli, že defekty rozhraní mají „masivní“ dopad na výkon navrhovaného designu buněk. ,,Tyto defekty jsou obecně způsobeny strukturálními defekty mezi různými vrstvami. Ale i difúzí kovových kationtů skrz absorbér během výroby,“ vysvětlili. Pro nanášení vrstev tedy musí být použity účinné techniky. A k minimalizaci defektů rozhraní lze použít metody jako je leptání, následné tepelné zpracování a vkládání pasivační vrstvy.
Jejich zjištění lze nalézt ve studii „Vysoce účinné vznikající solární články Ag2BaTiSe4 využívající novou třídu chalkogenidových pufrů na bázi kovů alkalických zemin, alternativu k CdS“. Ta se publikovala ve vědeckých zprávách. ,,Tato práce by mohla otevřít konstruktivní výzkumné cesty pro fotovoltaickou komunitu k výrobě vysoce účinných tenkovrstvých solárních článků pomocí nového Ag2BaTiSe4 jako absorbéru. Ale taky nových chalkogenidů kovů alkalických zemin jako alternativních, netoxických pufrů,“ uvedli.
V týmu byli také akademici z Bangladéšské komise pro atomovou energii.
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
