Серебро улучшило солнечные батареи с монозерновым слоем

Материаловеды Таллиннского технологического университета (TalTech) повысили эффективность нового поколения солнечных батарей, частично заменив медь серебром в поглощающем материале.

Экономическое развитие и рост потребления энергии привели к повышенному спросу на более дешевые способы производства экологически дружественных источников электричества. Исследователи из TalTech занимаются разработкой таких систем – солнечных батарей с монозерновым слоем.

«Производство стандартных кремниевых устройств, начатое в 50-х гг. 20-го в., очень ресурсо- и энергоемкое. Мы сосредоточились на создании нового поколения солнечных батарей – тонкопленочных устройств на основе полупроводников», — сказала Марит Каук-Куусик.

Батареи состоят из нескольких слоев полупроводниковых материалов. Для эффективной работы они должны хорошо поглощать свет. Кремниевые абсорберы не подходят для тонкопленочных устройств из-за неоптимальных свойств, ведущих к большой толщине. Ученые создали новые материалы, кестериты (Cu₂ZnSn(Se,S)₄). Помимо отличного поглощения света, они содержат распространенные, недорогие элементы: медь, цинк, олово, серу и селен. Для производства кестеритов команда использовала уникальную монозерновую порошковую технологию.

«Метод обходится дешевле более распространенных всекторе вакуумного испарения или набрызгивания», — сказала Каук-Куусик.

Для получения порошка сырье 4 дня нагревают в специальной камере до 750°С. Затем материал промывают и просеивают. Синтезированный высококачественных микрокристаллический, монозерновой порошок используют в производстве солнечных батарей. Процесс обходится дешевле, так как не требует сложного вакуумного оборудования.

Материал состоит из уникальных микрокристаллов, формирующих параллельно соединенные миниатюрные солнечные батареи в крупном модуле, покрытом сверхтонким буферным слоем.

Идеальные условия для системы дают холодные, солнечные горы, а не пустыни. Ученые могут подсчитать максимальную теоретическую эффективность каждой батареи. Добиться ее в реальности пока невозможно, но цифра создает целевой ориентир.

«Мы обнаружили, что частичная замена меди серебром повышает КПД на 2%. Это вызвано мобильностью первого металла. Замена 1% меди повысила эффективность с 6,6% до 8,7%», — сказала Каук-Куусик.

Выводы исследования опубликованы в Journal of Materials Chemistry A.