Projekt
I vårt renrumslabb forskar vi på nya typer av solceller som består av halvledarmaterialen Cu(In,Ga)Se2 (förkortas CIGS) och Cu2ZnSn(S,Se)4 (förkortas CZTS). Båda dessa material är extremt bra på att absorbera solljus och därför kan vi göra dem mycket tunna – mindre än 1 mikrometer är tillräckligt för att absorbera allt tillgängligt solljus! Vårt långsiktiga mål är att utforska och utmana den teoretiska gränsen för verkningsgrad för solceller, som är runt 30 %. För närvarande har våra bästa solceller cirka 20 % verkningsgrad från solljus till elektrisk effekt. I relaterad forskning studerar vi även möjligheten att med hjälp av avancerad optisk design – baserad på bland annat plasmon-resonanser – pressa tjockleken hos solcellers absorptionsskikt ända ned till ett fåtal nanometer.
Att göra solceller är den ena delen av vår forskning, och att mäta på dem och förstå hur de fungerar och kan förbättras är lika viktigt. För båda krävs ett strukturerat arbetssätt och en omfattande utrustning. Vi har en verksamhet som spänner över ett stort fält och är gränsöverskridande mellan materialvetenskap, elektronik, kemiteknik, modellering och teori. Här nedanför kan du läsa mer om de olika forskningsprojekt vi håller på med.
CIGS-solceller
CIGS är en akronym för Cu(In,Ga)Se2. Detta halvledarmaterial är en fantastiskt effektiv ljusabsorbator och har kommit upp i verkningsgrader på över 20 %. Vår forskning syftar att ta fram CIGS-solceller med så hög verkningsgrad som möjligt.
CZTS — solceller från vanliga grundämnen
I solceller används ofta grundämnen som är relativt ovanliga och därför svåra att få tag på, till exempel indium och tellurium. CZTS är en förkortning för Cu2ZnSn(S,Se)4, ett material som bara består av vanliga och ofarliga grundämnen, och har alltså fördelen med lägre kostnad och långsiktig tillgång på råmaterial. Forskningen syftar till att nå samma prestanda som till exempel solceller av CIGS och CdTe.
Materialkemi av CZTS och CIGS absorbatorskikt
En rad olika kemiska processer som äger rum under tillverkning av CZTS- och CIGS-skikten styr tillsammans de viktiga egenskaper som bestämmer solcellernas prestanda. Vi utforskar reaktioner som sker inuti filmen och vid ytor och gränssnitt under värmebehandling, utifrån både experimentella och teoretiska utgångspunkter, i syfte att utveckla bättre material och syntesmetoder.
Nya fönsterlagerstrukturer för solceller av CIGS- och CZTS-typ
Vi utvecklar nya material till den så kallade fönsterlagerstrukturen hos solceller baserade på CIGS och CZTS. Genom att ändra optiska, elektriska och strukturella materialegenskaper hos fönsterlagren studeras hur solcellernas elektriska prestanda påverkas.
Plasmonik-baserade ultratunna solceller
Vi undersöker möjligheter för effektiv ljusomvandling i skikt med karakteristisk tjocklek kring endast 10 nanometer. Genom att dramatiskt reducera absorptionsskiktets tjocklek till denna nivå kan både kostnader och resurser sparas samtidigt som möjligheter skapas för högre verkningsgrader vid omvandling av ljus till el. Denna forskning strävar därmed efter att bidra till skapandet av en ny klass av effektiva solceller, med absorptionsskikt så tunna att de närmar sig gränsen för vad som är fysiskt möjligt.