Tehnologija mikro-halkogenidnih solarnih panelov s toplotnim soizparevanjem

Singapurski znanstveniki so pregledali vse tehnike termičnega izhlapevanja, ki se uporabljajo za proizvodnjo halkogenidnih sončnih celic in modulov, in ugotovili, da nova metoda kljub svojim omejitvam dosega višje donose in učinkovitost izdelka.

Znanstveniki z Inštituta za energetske raziskave na tehnološki univerzi Nanyang v Singapurju so raziskali, kako uporabiti toplotno izhlapevanje (TE), dobro uveljavljeno tehnologijo, ki se običajno uporablja v mikroelektroniki in fotovoltaični industriji za proizvodnjo organskih svetlečih diod (OLED), kovinskih kontaktov in premazi na različne materiale za izdelavo solarnih modulov iz mikrokalcita.

"Analizirali smo uporabo več tehnik, ki temeljijo na izhlapevanju, za izdelavo tankih filmov halkogenida," je za Photovoltaics povedala raziskovalka Annalisa Bruno, "Te so segale od razmeroma enostavnega nanašanja iz enega vira in soizparevanja iz več virov do bolj zapletenega večstopenjskega izhlapevanja in mešanica uporabe termičnega izhlapevanja s plinskimi reakcijami in obdelavo raztopine."

Pravi, da lahko kombinirani pristop izkoristi prednosti obeh metod, vendar ima tudi nekatere omejitve, kot sta večja kompleksnost in potreba po uporabi topil.

Bruno je dejal: "Verjamemo, da je toplotno izhlapevanje idealna metoda za hitro odlaganje halkogenidnih plasti, ker je enostavno prilagodljiva, ne vsebuje škodljivih topil in je dobro integrirana v obstoječe proizvodne linije fotonike in mikroelektronike."

Ena od glavnih težav s soizhlapevanjem je potreba po obsežni optimizaciji parametrov za odlaganje halkogenidov s kompleksno stehiometrijo, še posebej, če se hkrati izhlapeva več kot dva ali trije prekurzorji, so povedali raziskovalci. Opozorili so tudi, da lahko dolgi časi nanašanja predstavljajo oviro za komercialno proizvodnjo – problem, ki ga večina študij ponavadi prezre.

Nato so predlagali vrsto tehnik za izdelavo halkogenidnih sončnih celic in mini sklopov, ki vključujejo enostopenjsko toplotno izhlapevanje, večstopenjsko toplotno izparevanje in večstopenjsko hibridno nanašanje.

Ekipa je dejala: "Zaželeno je izdelati ne samo uparjene halkogenidne filme, ampak tudi popolnoma uparjene module z uporabo iste proizvodne linije."

Prednosti tehnike vključujejo visoko stopnjo nadzora procesa, natančen nadzor debeline filma, enostavnost zaporednega pritrjevanja več plasti filma in sposobnost obdelave pri nizkih temperaturah substrata. Raziskovalci trdijo, da metode omogočajo tudi boljše čiščenje prekurzorjev med tvorbo filma, odlično prostorsko homogenost v serijah naprav, dobro ponovljivost in visoke donose med več krogi proizvodnje.

Pravijo: "Celoten proces je mogoče nadzorovati samodejno in je sam po sebi privlačen v smislu obsežne in velikoserijske proizvodnje." Te proizvodne tehnike opisujejo v svoji nedavni publikaciji "Toplotno izhlapevanje in hibridno odlaganje solarnih celic in mikrosklopov iz kalcijevega titanita" v Joulu.

Bruno pravi: "Verjamemo, da bi se morale prihodnje raziskave na tem področju osredotočiti na nove optimalne vmesne sloje naprav za izboljšanje kakovosti in preglednosti aktivnega materiala, pasivizacijo napak z vakuumsko tehnologijo in izboljšanje stabilnosti delovanja, da bi čim bolj izkoristili polni potencial toplotno uparjene solarne energije iz kalcijevega titanita naprave."