Utrustning

Tillverkningstekniker

Två viktiga tillverkningstekniker för våra tunnfilmssolceller är samförångning och sputtring. De är också ledande tekniker för industriell tillverkning av CIGS-solceller med hög verkningsgrad och har därför fördelen att de även kan användas i storskalig produktion. Med samförångning finns ämnena som ska beläggas från början i källor i en kammare. När substratet har förts in i kammaren pumpas luften ut till nära vakuum och källorna hettas upp. Substratet som ska beläggas förs sedan framför källorna i kammaren så att ämnena kondenserar på dess yta och bygger upp en film. Med sputtring finns också substratet i en vakuumkammare, men istället för att värmas beskjuts prov med ämnena som ska deponeras med icke-reaktiva joner i en gas av lågt tryck så att ämnena frigörs. Också för sputtring förs substratet framför provet för att bli belagt. På bilderna visas samförångning till vänster och sputtring till höger.

Ytterligare en teknik för filmdeposition är atomskiktsdeponi (ALD). Detta är en underklass till kemisk ångdeposition och bygger på sekventiella reaktioner med substratet och de ursprungliga ämnena som kallas ”precursors”. Precursors förs då, en i taget med så kallade pulser, in i en kammare med substratet och reagerar med substratets yta. På så vis byggs en tunn film upp. För CZTS finns också en specialbyggd ugn (se nedan) för värmebehandling som också behövs för att tillverka filmerna. Där kontrolleras atmosfären med tillförsel av inert gas och förångning av pulver med svavel eller selen, och proverna förflyttas mellan en varm och kall zon. Detta syftar att ge CZTS-lagret rätt typ av kristallstruktur.

Karakterisering

Vi har också utrustning för att mäta på och kunna förbättra våra solceller, och Ångströmlaboratoriet är ett av Sveriges mest välutrustade laboratorier för materialkarakterisering. Detta är en stor fördel då våra material kräver både högupplösande mikroskop och ytkänsliga analysmetoder för att studeras. I mätlaboratoriet har vi elektriska mätinstrument och starka lampor som kalibreras för att motsvara fullt solljus. De mätningar som vi gör där används både direkt som återkoppling till de praktiska experimenten i renrummet, men också som indata till datormodeller där solcellernas funktion kan studeras mer i detalj. Standardmetoden för att utskilja olika faser som har bildats i materialet är röntgendiffraktion. Andra viktiga karakteriseringstekniker är Ramanspridning, elektronmikroskopi och elektronspektroskopi. Solcellerna karakteriseras också med avseende på ström och spänning, både i ljus och mörker, vilket ger så kallade IV-kurvor. En typ av verkningsgrad för olika våglängder kallas för kvanteffektivitet, QE, vilket också kan ge mycket information om solcellens egenskaper.

Renrummet

Vi tillverkar våra solceller i Ångströmlaboratoriets renrum. I renrummet är partikelkoncentrationen i luften mycket låg, vilket underlättar tillverkningen av tunna filmer av hög kvalitet. För att hålla partikelhalten så låg finns många regler och steg man behöver gå igenom för att få vara i renrummet. Först byter man skor, sedan tar man på sig handskar och en heltäckande overall. Om man tar med sig något in i renrummet måste det tvättas, och inga vanliga papper är tillåtna. Väl inne ska man helst inte hosta, nysa, eller röra sig för mycket då detta ger upphov till mycket partiklar.