Solární články na bázi fosfidu zinečnatého

Evropští vědci se zabývali tím, jak by mohl být fosfid zinečnatý použit při vývoji solárních článků. A zjistili, že monokrystalické tenké filmy by mohly fungovat lépe než polykrystalické filmy v elektrických zařízeních. Zjistili také, že výkon takových filmů přímo koreluje s poměrem zinek/fosfid.

Mezinárodní výzkumná skupina vedená švýcarskou Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) se zabývala elektrickými vlastnostmi fosfidu zinečnatého (fZn₃P₂ ), v dalším pokusu zvážit jeho použití jako absorpčního materiálu v solárních článcích. Dosud články založené na fZn₃P₂ dosáhly velmi omezené účinnosti přeměny energie v důsledku vnitřních omezení jejich elektrických vlastností, jako je mobilita menšinových nosičů a difúzní délky nosičů.

Vědci popsali svá zjištění v článku „Poměr a mikrostruktura Zn/P definují hustotu nosičů a elektrický transportní mechanismus v tenkých filmech Zn_3-xP_2+y hojných na Zemi“. Ten se nedávno publikoval v Solar Energy Materials and Solar Cells. Hodnotili elektrické vlastnosti a také chemické složení a mikrostrukturu polykrystalických a monokrystalických tenkých vrstev Zn₃P₂ pěstovaných na substrátech z fosfidu india (InP).

,,Předvádíme techniku ​​výroby zařízení, která obchází výzvy vyplývající z mikrotrhlin přítomných v monokrystalických tenkých filmech,“ uvedli. „Teplotně závislá měření objasnila defektní stavy a jejich příspěvek k transportu v tenkých vrstvách Zn₃P₂. Ukazujeme tak, že podmínky růstu hrají zásadní roli při určování elektrických vlastností daných tenkých vrstev.“

Skupina vyrobila několik elektrických zařízení založených na tenkých vrstvách pěstovaných buď na dopovaných (n-a p-typu) a nedopovaných InP substrátech. Porovnávali jejich výkon s ohledem na proudově-napěťovou charakteristiku heteropřechodu Zn₃P₂/InP. Nanášeli filmy Zn₃P₂ prostřednictvím plazmou zesílené chemické depozice z plynné fáze (PECVD).

Nový pokus navrhnout solární články na bázi fosfidu zinečnatého

Akademici zjistili, že tenký film poly-Zn₃P₂ má drsný horní povrch. Zatímco tenký film mono-Zn₃P₂ má hladkou morfologii v průřezu a relativně plochý horní povrch. Zjistili také, že tenký film mono-Zn₃P₂ má hodnoty měrného odporu v rozmezí 150 Ω cm až 1 050 Ω cm a první z nich v rozmezí 6 500 Ω cm až 9 000 Ω cm.

,,Obrovský rozdíl v hodnotě měrného odporu lze přičíst přítomnosti hranic zrn v tenkých filmech poly-Zn₃P₂. Což by mohlo přispět ke zvýšenému rozptylu nosičů náboje,“ vysvětlili vědci.

Dodatečná analýza ukázala, že film mono-Zn₃P₂ mohl dosáhnout vyšších hodnot proudové hustoty. A to ve srovnání se zařízením poly-Zn₃P₂. Vědci připisovali nižší hodnotu proudové hustoty polykrystalického tenkého filmu vysokému měrnému odporu v materiálu.

„Vysoce kvalitní monokrystalické tenké filmy Zn₃P₂ se střední koncentrací nosičů prokázaly vysokou pohyblivost otvoru (125 cm ²/Vs) při pokojové teplotě. Což ukazuje, že podmínky růstu a složení materiálu hrají nedílnou roli při ladění funkčnosti materiálu“ řekli výzkumníci. ,,Odhalili jsme dopad neúmyslného dopingu způsobeného změnami v poměru Zn/P na elektrické vlastnosti materiálu.“

Jejich závěr je, že koncentrace nosiče v zařízeních přímo koreluje s poměrem Zn/P.

,,Tato práce vrhá světlo na elektrické vlastnosti a vodivostní mechanismus. Čímž poskytuje lepší pochopení omezení a potenciálu elektrických zařízení souvisejících s materiálem,“ uvedli vědci.

V týmu jsou vědci z Universidad de Salamanca ve Španělsku.

Zdroj: pv-magazine, Vapol