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 prestandan på solcellerna. Vi utforskar reaktioner som sker inuti filmen och vid ytor och gränssnitt vid tillverkning vid hög temperatur, utifrån både experimentella och teoretiska utgångspunkter. Det vi vill komma fram till är hur olika ämnen interagerar och hur reaktionerna beror på andra förutsättningar, såsom temperatur och tryck. CZTS och CIGS används båda i solceller, men på grund av skillnaden mellan ämnena de består av och deras kristallstrukturer beter de sig mycket olika kemiskt. För att förstå observationerna krävs detaljerad kunskap om de kemiska och elektriska egenskaperna för ämnena.

Ett exempel på de kemiska reaktioner som försiggår är utbytet av material mellan filmen och den varma, omgivande luften under tillverkningen, vilket leder till att filmens sammansättning förändras. Dessutom sker en omstrukturering av kristallstrukturen vid uppvärmning, vilket leder till stora förändringar i materialegenskaper. Genom att förstå hur reaktionerna i materialet påverkas av olika parametrar, exempelvis temperaturen och partialtryck av olika ämnen, kan processerna optimeras för att få så bra syntesmetoder och material som möjligt, vilket leder till en ständigt förbättrande prestanda hos solcellerna.

Bilden visar utveckling av fotoluminiscens från en CZTS-film på grund av uppvärmning, vilket uppstår på grund av övergången från en ordnad (låg temperatur) till en oordnad kristallstruktur (hög temperatur). Oordningen i kristallstrukturen måste kontrolleras för att åstadkomma de önskade elektriska egenskaperna.

Kontakt: Jonathan Scragg

Vill du läsa mer om forskningen inom materialkemi? Här kan du läsa sammanfattningar av några av våra vetenskapliga artiklar på svenska.

Senast uppdaterad: 2023-06-26