Tim istraživača je značajno poboljšao performanse kesteritnih (CZTSSe) tankoslojnih solarnih ćelija. Razvili su novu metodu za dopiranje srebra (Ag) u solarne ćelije kako bi suzbili defekte koji ometaju performanse ćelija i promovišu rast kristala, čime dramatično povećavaju efikasnost i otvaraju put komercijalizaciji. Rad je objavljen u časopisu Energy & Environmental Science.
CZTSSe solarne ćelije se sastoje od bakra (Cu), cinka (Zn), kalaja (Sn), sumpora (S) i selena (Se), i privlače pažnju kao bogat resurs, jeftin i ekološki prihvatljiv tehnologija solarnih ćelija. Konkretno, oni imaju prednost što su pogodni za proizvodnju velikih razmera i visoko konkurentni po ceni jer koriste materijale koji su bogati resursima umesto oskudnih metala koji se koriste u konvencionalnim solarnim ćelijama.
Međutim, konvencionalne CZTSSe solarne ćelije imaju nisku efikasnost i velike gubitke struje zbog rekombinacije elektron-rupa, što ih čini teškim za komercijalizaciju.
Da bi rešio ova pitanja, istraživački tim je koristio metod dopinga prekursora solarne ćelije sa Ag. Ag inhibira gubitak Sn i pomaže materijalima da se bolje mešaju na niskim temperaturama. Ovo omogućava kristalima da rastu veće i brže, smanjujući defekte i poboljšavajući performanse solarne ćelije.
U ovoj studiji, oni su sistematski analizirali kako postavljanje Ag na različite lokacije u prekursoru menja defekte i svojstva rekombinacije elektronskih rupa u solarnoj ćeliji. Rezultati pokazuju da Ag može značajno poboljšati performanse solarne ćelije sprečavanjem gubitka Sn i maksimiziranjem efekta supresije defekta.
Važno je da su takođe otkrili da doping Ag na pogrešnom mestu zapravo ometa formiranje legure Zn i Cu, uzrokujući da Zn ostane u masi i formira defektne klastere. Ovo može dovesti do povećanih gubitaka rekombinacije elektron-rupa i smanjenih performansi. Iz ovoga je istraživački tim ponudio važan uvid: performanse solarnih ćelija značajno variraju u zavisnosti od toga gde se Ag doping javlja.
Štaviše, istraživački tim je otkrio da tečni materijal formiran dopingom Ag promoviše rast kristala, značajno poboljšavajući gustinu i kristalnost sloja apsorbera. Ovo je rezultiralo poboljšanom strukturom energetskog pojasa i manjim brojem defekata, što je na kraju omogućilo glatkiji transport punjenja u ćeliji. Očekuje se da će ovi nalazi značajno doprineti proizvodnji solarnih ćelija visokih performansi po niskoj ceni.
Među istraživačima su bili Kee-jeong Iang, Dae-hvan Kim i Jin-giu Kang iz Odeljenja za energiju i tehnologiju životne sredine, DGIST, koji su sarađivali sa timom prof. Kim Jun-hoa sa Odseka za fiziku, Nacionalnog univerziteta Inčeon i prof. Tim Koo Sang-moa sa Odseka za inženjerstvo elektronskih materijala.
„U ovoj studiji smo analizirali efekat dopinga Ag, koji ranije nije bio jasno identifikovan, proces po proces, i otkrili da srebro igra ulogu u suzbijanju gubitka kalaja i poboljšanju defekata“, rekao je Jang.
„Rezultati pružaju važan uvid u dizajn struktura prekursora dopiranih srebrom za poboljšanje efikasnosti solarnih ćelija i očekuje se da će doprineti razvoju različitih tehnologija solarnih ćelija.“
