Durch Unordnung hergestellte anorganische Nanokristalle stellen zusammensetzen neuen Effizienzrekord zu Händen ultradünne Solarzellen aufwärts

Solarzellen aufwärts Siliziumbasis, die darüber hinaus Dächern und in Solarparks ausgestellt werden, sind bisher eines jener effizientesten Systeme zur Stromproduktion aus Sonnenlicht, doch ihre Herstellung kann teuer und energieintensiv sein, es sei denn davon, dass sie schwergewichtig und sperrig sind. Die Ausweichlösung Lösungskonzept von kostengünstigeren Dünnschicht-Solarzellen bringt Neben… den Vorbehalt mit sich, dass sie hauptsächlich aus toxischen Elementen wie Pb oder Cadmium vorliegen oder seltene Elemente wie Indium oder Tellur enthalten.

Aufwärts jener Suche nachdem neuen Technologien zu Händen dünne Photovoltaiksysteme nach sich ziehen sich Solarzellen aufwärts Stützpunkt von AgBiS2-Nanokristallen qua Starspieler herausgestellt, die aus ungiftigen, aufwärts jener Humus reichlich vorhandenen Elementen vorliegen, die unter Umgebungsbedingungen zwischen niedrigen Temperaturen und zu geringen Preis hergestellt werden Lösungsverarbeitungstechniken. Es kann in ultradünne Solarzellen integriert werden und hat sich qua sehr stabil erwiesen, wodurch eine Herabsetzung jener Zelle darüber hinaus Menorrhagie Zeiträume vermieden wird.

Schon 2016 stellte die von ICREA Prof. am ICFO Gerasimos Konstantatos durchgeführte Wissenschaft eine 35 nm dicke Halbleiterabsorber-Solarzelle aufwärts Stützpunkt von AgBiS2-Nanokristallen her, die zwischen sehr niedrigen Temperaturen (100+ Kohlenstoff) (eine Größenordnung niedriger qua die erforderlichen) synthetisiert wurden zu Händen Solarzellen aufwärts Siliziumbasis) und im Nanomaßstab durch zusammensetzen Schicht-für-Schicht-Abscheidungsprozess entwickelt, um zusammensetzen Wirkungsgrad in jener Größenordnung von ~6 % zu hinhauen. Obwohl solche Zellen eine vielversprechende grüne Option zu Silizium darstellen, waren sie noch nicht in jener Standpunkt, überzeugende Leistungen zu erbringen, die zu Händen die Vermarktung relevant sind.

Von dort nach sich ziehen sich viele Studien mit Möglichkeiten zur Verbesserung ihrer Leistung befasst und festgestellt, dass die optimale Festigkeitsgrad dieser Halbleiterabsorber intim mit den Absorptionskoeffizienten verbunden ist. Dies Ziel wäre von dort, eine ultradünne Solarzelle zu finden, die eine hohe Absorptionseffizienz, Quantum, aufzählen kann Nützlichkeit und ultimative Leistung zwischen gleichzeitiger Reduzierung von Preis, Hantel und Fertigung. Dessen ungeachtet während man aufwärts eine ultradünne geschichtete Zelle abzielt, würde dies Problem des Umgangs mit lichteinfangenden Strukturen die Preis und die Varianz des Problems steigern, denn je dünner die Struktur ist, umso komplexer wird es, Leistungsfähigkeit zu aufsaugen.

Um solche Herausforderung zu meistern, nach sich ziehen die ICFO-Forscher Yongjie Wang und Ignasi Burgues-Ceballos in Zusammenarbeit mit Prof. David Scanlon vom University College London, Prof. Aron Walsh vom Imperial College London und Sean Kavanagh (UCL und Imperial) unter jener Rohrfernleitung von ICREA Prof. am ICFO Gerasimos gearbeitet Konstantatos, nach sich ziehen zusammensetzen beachtlichen Sprung nachdem vorne gemacht und ein bahnbrechendes Ergebnis erzielt. Ihre in Nature Photonics veröffentlichte Studie berichtet darüber hinaus zusammensetzen völlig neuen Arbeitsweise zur Herstellung dieser Solarzellen aufwärts Stützpunkt von AgBiS2, jener Absorptionskoeffizienten ermöglicht, die höher sind qua zwischen jedem anderen bisher verwendeten Photovoltaikmaterial.

Kationenstörung
In ihrer Studie konstruierten die Forscher die Schicht aus Nanokristallen in jener Zelle geschickt mit einem unkonventionellen Arbeitsweise, jener qua Kation-Disorder-Engineering bezeichnet wird. Dazu nahmen sie die AgBiS2-Nanokristalle und konnten durch zusammensetzen milden Glühprozess die Atompositionen jener Kationen intrinsisch des Gitters so setzen, dass tatsächlich ein Kationenaustausch zwischen den Stellen erzwungen und eine homogene Kationenverteilung erreicht wurde.

Durch die Nutzung unterschiedlicher Tempertemperaturen und dies Gelingen unterschiedlicher Kationenverteilungen in jener kristallinen Gerüst konnten sie zeigen, dass dieses halbleitende Werkstoff zusammensetzen 5- solange bis 10-mal höheren Absorptionskoeffizienten qua jedes andere derzeit in jener Photovoltaiktechnologie verwendete Werkstoff aufweist, und zwar darüber hinaus a Spektralbereich, jener vom UV (400 nm) solange bis zum Infrarot (1000 nm) reicht.

Dazu war zu Händen dieses neue Werkstoff eine neue Oberflächenchemie erforderlich, um die optoelektronische Qualität jener Nanokristalle beim Tempern zu erhalten. Von dort nutzten die Autoren Mercaptopropionsäure qua passivierenden Liganden, jener die Materialqualität beim Tempern bewahrte.

Um die Hypothesen jener Arbeit vorherzusagen und zu ermitteln, implementierten die Autoren Berechnungen jener Dichtefunktionaltheorie, die die experimentellen Beweise stützten. Sean Kavanagh, Mit-Erstautor jener Studie von jener UCL und dem Imperial College, erklärt: „Die Wichtigkeit jener atomaren Unordnung in aufkommenden anorganischen Solarzellen ist derzeit ein heißes Diskussionsthema aufwärts diesem Gebiet.

„Unsrige theoretischen Untersuchungen jener Wärmelehre und jener optischen/elektronischen Effekte jener Kationenfehlordnung in AgBiS2 zeigten sowohl die Zugänglichkeit jener Kationenumverteilung qua Neben… den starken Stärke dieser aufwärts die optoelektronischen Eigenschaften. Unsrige Berechnungen ergaben, dass eine homogene Kationenverteilung eine optimale Solarzelle zuverlässig würde Leistung in diesen ungeordneten Materialien, welches die experimentellen Entdeckungen qua Demonstration zu Händen die Zusammenwirken zwischen Theorie und Versuch bestätigt.

Mit diesem Ergebnis bauten sie eine ultradünne lösungsverarbeitete Solarzelle, während sie die AgBiS2-Nanokristalle Schicht zu Händen Schicht aufwärts ITO/Glas ablagerten, unter anderem die am häufigsten verwendeten transparenten leitfähigen Oxidsubstrate. Sie beschichteten die Geräte mit einer PTAA-Lösungskonzept (Polytriarylamin) und zwischen Licht des Geräts unter künstlichem Sonnenlicht verzeichneten sie zusammensetzen Leistungsumwandlungswirkungsgrad von darüber hinaus 9 % zu Händen ein Gerät mit einer Gesamtdicke von nicht mehr qua 100 nm, 10- solange bis 50-mal dünner qua aktuelle Dünnschicht-PV-Technologien und 1000-mal dünner qua Silizium-PV.

Eines jener Champion-Geräte wurde an ein akkreditiertes Kalibrierlabor zu Händen Photovoltaik (PV) in Newport, USA, geschickt, dies zusammensetzen Umwandlungswirkungsgrad von 8,85 % unter AM 1,5 G voller Sonneneinstrahlung bescheinigte. Jener ICFO-Forscher und Erstautor jener Studie, Yongjie Wang, kommentiert: „Obwohl wir aufgrund jener erhöhten Einsaugung eine starke Verdunkelung unserer dünnen Filme beim milden Tempern bemerkten, war es am Werden eine Herausforderung, solch dünne Geräte herzustellen.

„Nachdem wir die Prüfung darüber hinaus den Prozess und die Optimierung des gesamten Stapels einschließlich jener Optimierung jener Elektronen- und Lochtransportschichten erlangt hatten, fanden wir endlich eine hochgradig reproduzierbare Struktur zu Händen effiziente Solarzellen mit verbesserter Stabilität. Es ist wirklich aufregend zu sehen, dass dies 30-nm-Gerät zusammensetzen so hohen Kurzschluss liefert -Kreisstromdichte solange bis 27mA/cm2 und einem Wirkungsgrad solange bis 9%.

Wie ICREA-Professor Gerasimos Konstantatos vom ICFO schließlich hervorhebt, „stellen die in dieser Studie vorgestellten Bauelemente zusammensetzen Rekord unter den zwischen niedrigen Temperaturen und in Lösungskonzept verarbeiteten, umweltfreundlichen anorganischen Solarzellen in Bezug aufwärts Stabilität, Formfaktor und Leistung aufwärts.

„Die Konstruktion jener multinären Systeme mit kolloidalen AgBiS2-Nanokristallen mit Kationenfehlordnung hat bewiesen, dass sie zusammensetzen Absorptionskoeffizienten offenstehen, jener höher ist qua zwischen jedem anderen bisher verwendeten Photovoltaikmaterial, wodurch hocheffiziente, extrem dünne Absorber-Photovoltaikvorrichtungen ermöglicht werden. Wir sind von den Ergebnissen begeistert und werden weiter in jemandes Fußstapfen treten in dieser Studienrichtung, um ihre faszinierenden Eigenschaften in jener Photovoltaik und anderen optoelektronischen Geräten zu nutzen“.

Forschungsbericht: „Kation Disorder Engineering ergibt AgBiS2-Nanokristalle mit verbesserter optischer Einsaugung zu Händen effiziente ultradünne Solarzellen“

ähnliche Sinister

ICFO-Dies Institut zu Händen Photonische Wissenschaften

Was auch immer darüber hinaus Solarenergie zwischen SolarDaily.com

Verwendung von Metallhalogenid-Perowskiten in planaren Geräten durch eine neue Hybridstruktur

Tokyo, Land der aufgehenden Sonne (SPX), 07.02.2022

Metallhalogenid-Perowskite (MHPs) sind eine Stil von Materialien mit vielversprechenden Eigenschaften zu Händen Halbleiteranwendungen wie Dünnschichttransistoren (TFTs). Insbesondere aufwärts Zinn (Sn) basierende MHPs könnten eine umweltfreundliche Option zu bleibasierten sein, die giftig sind. Sehr wohl sollen wenige kritische Probleme gelöst werden, ehe MHPs aufwärts Sn-Stützpunkt in planaren Halbleiterbauelementen genutzt werden können. Im Zusammenhang Gerüst in einer 2D-Struktur (oder Quasi-2D-Struktur mit wenigen Schichten) werden Defekte in jener Kristallstruktur … weiterlesen