Um grupo de cientistas alemães criou um novo processo para a formação de uma fase de kesterita pura Cu2ZnSnSe4 (CZTSe), para facilitar o desenvolvimento de uma célula solar com eficiência superior a 10%.
Os pesquisadores descrevem o processo no artigo “Reaction Pathway for Efficient Cu2ZnSnSe4 Solar Cells from Alloyed Cu-Sn Precursor via a Cu-Rich Selenization Stage”, publicado en RRL Solar. O método oferece uma maneira diferente de controlar a composição e a qualidade do material.
O processo usual para o cultivo da kesterita é a selenização de camadas metálicas elementares empilhadas de cobre (Cu), estanho (Sn) e zinco (Zn). Esse processo, que também envolve uma rota de reação contendo selenatos binários, deve ser realizado a temperaturas de recozimento de 500 ° C a 550 ° C, mas isso torna a rota de reação propensa a perdas de estanho.
Em vez disso, o processo proposto é baseado em precursores elementares e ligados empilhados e uma estrutura precursora de Zn / Cu-Sn / Zn. De acordo com a equipe de pesquisa, o precursor das camadas de liga elementar empilhadas (SEAL), constituído por camadas elementares de liga Cu-Sn e Zn, oferece um melhor controle do processo devido às suas vantagens, como uma melhor homogeneidade do material e a supressão das perdas de estanho mencionadas.
«Demonstramos que começar com o precursor do SEAL e a selenização sem segregação da liga fornece um caminho de formação de CZTSe kesterita sem perda de Sn detectável pela fluorescência dos raios X», escreveram os cientistas. «Como consequência da composição inicial rica em Cu e da ligação de Sn na estrutura da liga, a formação e a evaporação subsequente das fases SnSe2-x na reação são significativamente reduzidas, impedindo a perda de Sn da camada durante o processo de selenização.”
O processo proposto também mostra a possibilidade de uma mudança na composição da amostra durante o processo, que passaria de ser inicialmente rico em Cu para finalmente ser pobre em Cu. «Isso permite o design de um caminho de reação e composição definidos ao longo do processo, o que poderia ser uma nova abordagem para obter maior eficiência nas células solares, como é conhecido no processamento de células solares CIGSe de alta eficiência», explicaram além disso, os cientistas.
A kesterita é um dos materiais de absorção de luz mais promissores em seu papel de candidato para possível uso em células solares de filme fino de baixo custo. As kesteritas são compostas por elementos comuns como cobre, estanho, zinco e selênio e, ao contrário dos compostos de cobre, índio, gálio e seleneto (CIGS), não há gargalos previstos no seu fornecimento no futuro. No entanto, assim como os materiais CIGS atualmente são capazes de fornecer eficiências celulares de perto de 20%, as kesteritas atingiram até agora eficiências de apenas 12,6%.
Em dezembro, os pesquisadores estonianos anunciaram o desenvolvimento de uma nova tecnologia monogênica em pó feita de microcristais, que pode formar células solares de kesterita em miniatura conectadas em paralelo em um grande módulo. Ao substituir o cobre pela prata no material absorvente, os pesquisadores alcançaram uma eficiência de 8,7%.
Em agosto de 2018, os pesquisadores australianos alcançaram uma taxa de eficiência de 10% para uma célula baseada em cobre, zinco, sulfeto de estanho ou sulfeto de kesterita. O recorde mundial dessas células é de 12,6%, estabelecido pelo produtor japonês de filmes finos Solar Frontier em 2013.
No ano passado, pesquisadores do Helmholtz-Zentrum, em Berlim, relataram que estavam tentando substituir o estanho por germânio no desenvolvimento de células solares de kesterita.
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