Möjligheter för uppskalningsbar produktion av CZTS-solceller

Ordlista:
Sputtring	Metod för beläggning av filmer från ett ursprungligt material.

Produktion av tunnfilmssolceller genom sputtring har redan för CIGS-solceller visat sig vara en framgångsrik metod som kan skalas upp till större solcellsstorlekar. För uppskalning krävs dock att processen är uniform och ger enhetliga solceller, vilket därför är en viktig del i utvecklingen av produktionsmetoder för CZTS. Till skillnad från CIGS är beläggningen av absorbatorskiktet i CZTS-solcellerna uppdelad i två steg, där sputtringen följs av en värmebehandling. I denna studie karakteriserades CZTS-solceller före och efter värmebehandlingen för att undersöka möjliga förbättringar mot en uppskalbar produktion.

I studien tillverkades CZTS-solceller på ett substrat av 6-tum rostfritt stål med skikten MoNa/Mo/CZTS/In₂S₃/ZnO och ITO med utrustning från solcellsföretaget Midsummer. CZTS-skiktet deponerades genom sputtring följt av värmebehandling i en atmosfär av argon och H₂S. Provens sammansättning och morfologi uppmättes längs provens diagonal, och prestandan för de olika delarna av provet undersöktes genom att dela upp provet i 184 st små celler på 1x1cm².

Direkt efter sputtringen visade sig absorbatorskiktet ha en sammansättning som var ganska lik sammansättningen för materialet som hade sputtrats ifrån. I mitten av provet var halten tenn något högre medan kopparhalten var högre vid kanterna, och provets morfologi var i stort sett jämn över provet. För det värmebehandlade provet var sammansättningen för provet betydligt mer ojämn. Tennhalten hade minskat, särskilt i mitten, och zinkhalten hade minskat framför allt vid kanten.

Detta kan förklaras med en ojämn temperaturfördelning i värmekammaren under värmebehandlingen som gav en ojämn kristallisering för provets delar. Simulering och mätning med pyrometer bekräftade en ojämn temperaturfördelning. Vidare visade morfologin en mer utvecklad omkristallisation för provets övre del, där också de små solcellerna hade högst prestanda, medan den tyder på att den nedre delen inte hade tillräckliga temperaturer för omkristallisation. En möjlig förbättring är därför att utveckla och stabilisera värmebehandlingsprocessen för att få en jämn temperatur så att solceller kan tillverkas i större skala med lika jämna lager som innan värmebehandlingen.

Läs originalartikeln här