Silber, Barium, Titan und Selen werden im ersten Dünnschicht-Solarzellenabsorber verwendet

Schema der Solarzelle

Ein neuartiges Projekt unter der Leitung der Autonomen Universität Querétaro in Mexiko hat neue Wege in der Solarenergieforschung beschritten. Zum ersten Mal erforschten sie die Herstellung von Dünnschichtsolarzellen mithilfe eines einzigartigen Absorbers aus Silber, Barium, Titan und Selen (Ag2BaTiSe4).

Die Forschung konzentrierte sich auf die Untersuchung verschiedener Aspekte des Absorbers, wie Elektronenaffinität, Oberflächendefekte und unerwünschter Widerstand. Ihr Ziel war es zu verstehen, wie diese Elemente die Effizienz der Solarzelle beeinflussen. Um umweltfreundlichere Optionen als das häufig verwendete Cadmiumsulfid (CdS) zu finden, experimentierte das Team mit verschiedenen Pufferschichten.

Mithilfe der SCAPS-1D-Software der Universität Gent simulierten die Forscher dieses innovative Solarzellendesign. Das Design umfasste Schichten aus Molybdändiselenid (MoSe2) und Ag2BaTiSe4 auf einem Glassubstrat, die mit verschiedenen Puffermaterialien bedeckt und mit leitfähigen Filmen und einem Metallkontakt versehen waren.

Bei ihrer Suche nach alternativen Puffern haben sie CdS und neue Verbindungen wie Magnesium, Calcium, Strontium und Bariumsulfid in Betracht gezogen. Das Team hat Faktoren wie Schichtdicke und Trägerkonzentration sorgfältig ausgewertet.

Sie führten neutrale Defekte an entscheidenden Verbindungsstellen in ihrem Modell ein, um reale Bedingungen nachzuahmen, und untersuchten, wie sich diese auf die Leistung der Zelle auswirken. Mithilfe der Impedanzspektroskopie wurde die Ladungsakkumulation an der Zellgrenzfläche analysiert.

Ihre Ergebnisse waren vielversprechend. Mit einer optimalen Trägerkonzentration für MoSe2 und einer spezifischen Absorberdicke erreichten sie Wirkungsgrade von bis zu 18,84 % mit einer Magnesiumsulfidschicht und sogar noch höhere mit anderen Materialien. Die Anpassung der MoSe2-Parameter und Schnittstelleneigenschaften könnte die Effizienz möglicherweise auf etwa 30 % steigern.

Die Forschung verdeutlichte die bedeutende Rolle von Grenzflächendefekten, die häufig durch strukturelle Inkonsistenzen und Metalldiffusion während der Herstellung verursacht werden. Sie schlugen Schichtabscheidungstechniken, Ätzungen, Wärmebehandlungen und Passivierungsschichten vor, um diese Defekte zu minimieren.

Die in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlichte Studie mit dem Titel „Hocheffiziente neue Ag2BaTiSe4-Solarzellen unter Verwendung einer neuen Klasse von Chalkogenidpuffern auf Erdalkalimetallbasis als Alternative zu CdS“ weist auf spannende neue Richtungen in der Photovoltaikforschung hin. Durch die Verwendung von Ag2BaTiSe4 als Absorber und die Erforschung ungiftiger Pufferalternativen öffnet diese Forschung Türen für die Entwicklung hocheffizienter, umweltfreundlicher Dünnschichtsolarzellen.