engleski

Nanostructured thin films for next generation solar cells

Očekuje se do 2100. da udio fotonaponskih solarnih ćelija u ukupno proizvedenoj električnoj energiji bude više od 30%. Da bi se to postiglo, cijena solarnih ćelija se mora smanjiti gotovo za red veličine. Jedan od mogućih pristupa podrazumijeva tanko-slojne ćelije, debljina reda veličine dijela mikro-metra i korištenje nano-strukturiranih materijala za aktivne i pasivne dijelove ćelije. . Kao aktivni materijal jedan od mogućih izbora je tanki film silicija koji sadrže nano-metarske kristale uronjene u matricu Si:H, nC-a-Si. Mijenjajući veličinu nanokristala, moguće je mijenjati elektronska i vibraciona stanja unutar njega. Kad se ovaj efekt kombinira sa volumnim udjelom nanokristala i njihovom raspodjelom po veličini, može se mijenjati efektivni optički procijep. Nadalje, vibracioni nivoi unutar nanokristala su diskretni pa je vrijeme života vručih elektrona i za redove velicina veće od onog u makroskopskom kristalu. Budući da optička, električna i vibraciona svojstva kvantnih točaka u tankim filmovima nisu u potpunosti objašnjena između ostalog zbog znatnog utjecaja matrice u koju su kristali uronjeni, naš rad je bio posvećen pronalaženju odgovarajuće metode za određivanje strukture na nanoskali i u slijedećem koraku korelaciji između nano-strukture i optičkih, električkih, vibracionih i drugih svojstava. U istraživanju je korištena elektronska mikoskopija visokog razlučivanja, raspršenje x-zraka uz mali upadni kut i Ramanova spekroskopija. Pokazalo se da nano-kristali Si reda veličine nm u matrici amorfog silicija pokazuju očekivane efekte vezane za 3D kvantne točke što ima za posljedicu mogućnost mijenjanja efektivnog optičkog procjepa a istovremeno optički prijelazi ostaju direktni. Ovakva svojstva podrazumijevaju znatno veći apsorpcioni koeficient u području valnih duljina važnom za solarne ćelije u usporedbi sa makroskopskim kristalom. Nadalje, moguće je realizirati strukturu koja ima znatnu veću vodljivost od amorfne, koristeći efekte perkolacije. Ovakva svojstva otvaraju mogućnost da se nC-a-Si koristi u višeslojnim strukturama koje obećavaju visoku efikasnost fotonaponske pretvorbe. No za širu primjenu je nužno da se materijal može deponirati na velikoj skali upotrebom konvencionalnih tehnika depozicije. Zbog toga je razvijena metoda formiranja nano-kristalno-amorfnih filmova Si konvecionalnom plazmom pojačanom kemijskom depozicijom iz plinovite faze i napravljen odgovarujući dizajn solarne ćelije pogodan za primjenu ovakvog materijala. Pilot prozvodnja je realizirana na industrijskoj proizvodnoj liniji a testovi pokazuju da je novodizajnirana solarna ćelija koja koristi nano-kristale Si efikasnija i stabilnija od standardne koja koristi amorni Si. Na očekivanoj velikoj efikasnoti se intezivno radi.

solar cells; silicon; nanostructured thin films

nije evidentirano