Termisk samförångning mikro-kalkogenid solpanelsteknik

Singapore-forskare har granskat alla termiska förångningstekniker som används för att producera kalkogenidsolceller och -moduler och fann att den nya metoden uppnår högre avkastning och produkteffektivitet, trots dess begränsningar.

Forskare från Energy Research Institute vid Nanyang Technological University i Singapore har undersökt hur man använder termisk förångning (TE), en väletablerad teknik som vanligen används inom mikroelektronik- och solcellsindustrin för att producera organiska ljusemitterande dioder (OLED), metallkontakter och beläggningar på en mängd olika material, för att göra mikrokalcitsolmoduler.

"Vi analyserade användningen av flera förångningsbaserade tekniker för att tillverka kalkogenidtunna filmer," sa forskaren Annalisa Bruno till Photovoltaics, "Dessa sträckte sig från relativt enkel avsättning med en källa och samförångning med flera källor, till mer komplex avdunstning i flera steg och en blandning av att använda termisk förångning med gasreaktioner och lösningsbehandling."

Hon säger att det kombinerade tillvägagångssättet kan dra fördel av båda metodernas styrkor, men också har vissa begränsningar, såsom större komplexitet och nödvändigheten av att använda lösningsmedel.

Bruno sa: "Vi tror att termisk avdunstning är den idealiska metoden för snabb avsättning av kalkogenidlager eftersom den är lätt skalbar, inte innehåller skadliga lösningsmedel och har integrerats väl i befintliga fotonik- och mikroelektronikproduktionslinjer."

Ett av huvudproblemen med samförångning är behovet av att i stor utsträckning optimera parametrarna för avsättning av kalkogenider med komplex stökiometri, särskilt när mer än två eller tre prekursorer förångas samtidigt, sa forskarna. De noterade också att långa deponeringstider kan utgöra ett hinder för kommersiell produktion - ett problem som de flesta studier tenderar att ignorera.

De föreslog sedan en rad tekniker för tillverkning av kalkogenidsolceller och minienheter, som inkluderar ettstegs termisk avdunstning, flerstegs termisk avdunstning och flerstegs hybridavsättning.

Teamet sa: "Det är önskvärt att producera inte bara förångade kalkogenidfilmer, utan också helt förångade moduler med samma tillverkningslinje."

Fördelarna med tekniken inkluderar en hög grad av processkontroll, exakt kontroll av filmtjocklek, lätthet att sekventiellt fästa flera lager av film och bearbetbarhet med låga substrattemperaturer. Forskarna hävdar att metoderna också möjliggör bättre rening av prekursorer under filmbildning, utmärkt rumslig homogenitet i enhetssatser, god repeterbarhet och hög avkastning under flera tillverkningsrundor.

De säger: "Hela processen kan styras automatiskt och är i sig attraktiv när det gäller storskalig tillverkning i stora volymer." De beskriver dessa produktionstekniker i sin senaste publikation "Thermal evaporation and hybrid deposition of calcium titanite solar cells and microassemblies" i Joule.

Bruno säger: "Vi tror att framtida forskning inom detta område bör fokusera på nya optimala enhetsmellanskikt för att förbättra kvaliteten och transparensen hos det aktiva materialet, passivera defekter genom vakuumteknik och förbättra driftsstabiliteten för att maximera den fulla potentialen hos termiskt förångad kalciumtitanitsolenergi. enheter."