As células solares CIGSe são feitas de uma fina camada de calcopirita composta de cobre, índio, gálio e selênio e podem atingir altas eficiências. Como o índio está se tornando escasso e caro, é interessante reduzir a camada CIGSe ativa, o que, no entanto, diminui fortemente a eficiência. Agora, cientistas da Helmholtz-Zentrum Berlin produziram camadas CIGSe ultrafinas de alta qualidade e aumentaram sua eficiência por uma série de minúsculas nanopartículas entre o contato posterior e a camada ativa.

Nanopartículas com tamanhos da ordem de um comprimento de onda interagem com a luz de maneiras específicas. Um jovem grupo de investigadores em Helmholtz-Zentrum Berlin, liderado pela professora Martina Schmid, está investigando como usar arranjos de tais nanopartículas para melhorar as células solares e outros dispositivos optoeletrônicos. Agora, os cientistas relatam em ACS Nano um sucesso considerável com células solares CIGSe ultrafinas.

Os problemas somam menos de 1 micrômetro

As células solares CIGSe comprovaram alta eficiência e são dispositivos de filme fino estabelecidos com camadas ativas de alguns micrômetros de espessura. Mas como o índio é um elemento raro, a camada ativa deve ser a mais fina possível. Isso reduz a eficiência, uma vez que menos luz é absorvida. E se a camada ativa for mais fina do que um micrômetro, surge um problema adicional:mais e mais transportadores de carga se encontram e se recombinam no contato posterior, ficando perdido".

Célula CIGSe ultrafina com eficiências de 11,1%

"Levei mais de um ano para ser capaz de produzir camadas ultrafinas de apenas 0,46 micrômetro ou 460 nanômetros que ainda alcançam eficiências razoáveis ​​de até 11,1%, "Guanchao Yin fala sobre seu projeto de doutorado. Ele então começou a perguntar como implementar nanopartículas entre diferentes camadas da célula solar. Sua supervisora ​​Martina Schmid discutiu isso com o Prof. Albert Polman, um dos pioneiros no campo da nanofotônica, no Center for Nanooptics, Amsterdam, com quem ela já estava em contato há algum tempo. Eles propuseram a produção de matrizes de nanopartículas dielétricas por tecnologias de nanoimpressão.

Nenhum grande efeito de nanopartículas no topo

Em uma primeira etapa, os colegas em Amsterdã implementaram um padrão de nanopartículas dielétricas de TiO2 no topo das células solares ultrafinas de Yin; a ideia era que atuassem como armadilhas de luz e aumentassem a absorção na camada CIGSe. Mas isso não aumentou a eficiência tanto quanto foi comprovado nas células solares à base de Si. Yin então continuou os testes e finalmente descobriu o que funcionava melhor:uma matriz de nanopartículas não no topo, mas no contato posterior da célula!

Nanopartículas no contato traseiro:a eficiência aumenta para 12,3%

Os colegas de Amsterdã produziram uma série de nanopartículas de SiO2, diretamente no substrato de molibdênio que corresponde ao contato posterior da célula solar. No topo deste substrato estruturado, a camada ultrafina de CIGSe foi cultivada por Yin, e, subsequentemente, todas as outras camadas e contatos necessários para a célula solar. Com esta configuração, a eficiência aumentou de 11,1% para 12,3%, e a densidade de corrente de curto-circuito das células CIGSe ultrafinas aumentou em mais de 2 mA / cm2. Com nanopartículas anti-reflexivas adicionais nas eficiências frontais aumentadas até 13,1%.

Captura de luz e prevenção de perda do portador de carga

"Isso leva a uma captura de luz eficiente e não deteriora a célula, "Yin explica. Outros estudos indicam que o nanoarray de nanopartículas dielétricas de SiO2 na parte posterior também pode aumentar a eficiência, reduzindo as chances de recombinação de portadores de carga." Este trabalho é apenas um começo, agora temos novas idéias para novos projetos para melhorar a absorção e reduzir a recombinação, aumentando assim a eficiência ao fazer uso dos benefícios ópticos e elétricos das nanopartículas, "Martina Schmid diz.