Termisk ko-fordampning mikro-kalkogenid solcellepanelteknologi

Singapore-forskere har gjennomgått alle termiske fordampningsteknikker som brukes til å produsere kalkogenid-solceller og -moduler og fant ut at den nye metoden oppnår høyere utbytte og produkteffektivitet, til tross for sine begrensninger.

Forskere fra Energy Research Institute ved Nanyang Technological University i Singapore har undersøkt hvordan man kan bruke termisk fordampning (TE), en veletablert teknologi som vanligvis brukes i mikroelektronikk- og solcelleindustrien for å produsere organiske lysdioder (OLED), metallkontakter og belegg på en rekke materialer, for å lage mikrokalsitt solcellemoduler.

"Vi analyserte bruken av flere fordampningsbaserte teknikker for å fremstille kalkogenid-tynne filmer," sa forsker Annalisa Bruno til Photovoltaics, "disse varierte fra relativt enkel enkeltkildeavsetning og multikilde-samfordampning, til mer kompleks flertrinnsfordampning og en blanding av å bruke termisk fordampning med gassreaksjoner og løsningsbehandling."

Hun sier den kombinerte tilnærmingen kan utnytte styrken til begge metodene, men har også noen begrensninger, som større kompleksitet og nødvendigheten av å bruke løsemidler.

Bruno sa: "Vi tror termisk fordampning er den ideelle metoden for rask avsetning av kalkogenidlag fordi den er lett skalerbar, inneholder ikke skadelige løsningsmidler og har blitt godt integrert i eksisterende fotonikk- og mikroelektronikkproduksjonslinjer."

Et av hovedproblemene med samfordampning er behovet for omfattende optimalisering av parametrene for avsetning av kalkogenider med kompleks støkiometri, spesielt når mer enn to eller tre forløpere fordampes samtidig, sa forskerne. De bemerket også at lange avsetningstider kan utgjøre en barriere for kommersiell produksjon - et problem som de fleste studier har en tendens til å ignorere.

De foreslo deretter en rekke teknikker for fremstilling av kalkogenid-solceller og minienheter, som inkluderer ett-trinns termisk fordampning, flertrinns termisk fordampning og flertrinns hybridavsetning.

Teamet sa: "Det er ønskelig å produsere ikke bare fordampede kalkogenidfilmer, men også fullstendig fordampede moduler ved bruk av samme produksjonslinje."

Fordelene med teknikken inkluderer en høy grad av prosesskontroll, presis kontroll av filmtykkelsen, enkel å sekvensielt feste flere lag med film og bearbeidbarhet med lave substrattemperaturer. Forskerne hevder at metodene også muliggjør bedre rensing av forløpere under filmdannelse, utmerket romlig homogenitet i enhetsbatcher, god repeterbarhet og høye utbytter under flere produksjonsrunder.

De sier: "Hele prosessen kan kontrolleres automatisk og er iboende attraktiv når det gjelder storskala produksjon av store volum." De beskriver disse produksjonsteknikkene i sin nylige publikasjon 'Termisk fordampning og hybridavsetning av kalsiumtitanittsolceller og mikromontasjer' i Joule.

Bruno sier: "Vi tror at fremtidig forskning på dette feltet bør fokusere på nye optimale enhetsmellomlag for å forbedre kvaliteten og gjennomsiktigheten til det aktive materialet, passivere defekter gjennom vakuumteknologi og forbedre driftsstabiliteten for å maksimere det fulle potensialet til termisk fordampet kalsiumtitanittsolenergi. enheter."