CIGS-solceller

CIGS-solceller

Världsrekord! Nyligen kom forskning från vårt samarbete med företaget Evolar (numera First ETC) med på listan av världsrekord[länk till NREL och Progress in Photovoltaic record tables]. Världsrekordet finns publicerat i en artikel i Nature Energy.

CIGS är en akronym för Cu(In,Ga)Se2. Detta halvledarmaterial är en fantastiskt effektiv ljusabsorbator. Materialet är självdopat och CIGS-material av hög kvalitet är därför alltid p-typ. För att kunna använda CIGS i solceller behöver det kombineras med flera andra material för att göra en pn-övergång, för att kontaktera solcellen och för att passivera ytorna. Ovanpå ett substrat, beläggs en bakkontakt. CIGS-skiktet beläggs på bakkontakten med samförångning. Ett buffertskikt används för att få en effektiv pn-övergång och överst beläggs en transparent ledare som fönsterlager.

Eftersträvar en hög verkningsgrad

Forskningen eftersträvar att uppnå en så hög verkningsgrad som möjligt för solcellerna genom att använda olika material, olika kombinationer av material samt att förändra tillverkningsprocessen. Våra projekt har olika inriktning, som kan beskrivas i hur solcellerna ska användas. Ett område är tandem-solceller där CIGS kan vara del av en toppcell, som främst ska absorbera synligt ljus, eller som en bottencell där materialet istället ska ha hög absorption i det infraröda området. Vi arbetar också med solceller som kan belysas från två håll, både från framsidan (direkt från solen) eller från baksidan (reflekterat ljus). För att uppnå hög verkningsgrad krävs hög kvalitet både i absorberande skikt och hög kvalitet i kontaktskikten, där nyckelorden är lång livslängd för laddningsbärare och hög mobilitet.

I övergångarna mellan olika skikt krävs att materialen
har förmåga att leda ström, men samtidigt ha låg sannolikhet för rekombination av
laddningsbärare. Vi experimenterar med olika additiv, som exempelvis silver (ersätter en liten del av koppar i CIGS-skiktet), samt tyngre alkalimetaller (Cs och Rb), som tillsätts genom en efterbehandling för att uppnå låg rekombination.

Vår CIGS forskning stöds av avancerade karakteriseringsmetoder, såsom
transmissionselektronmikroskopi och olika typer av synkrotronbaserade metod [länk till Natalia]. Vi har även en teoretisk del i vår forskning med DFT-metoder [länk till Kostya] och koppling till nano-strukturerade metoder [länk till Carl].