Svenska Solelmässan 1
BRANSCHNYHETER Tunnfilmssolceller gjöts i 3D med
hjälp av optisk mikroskopi text: markku BJörkman Forskare vid amerik anska Lawrence Berkeley National Laboratory kartlade nyligen tunnfilmssolceller i 3-D med hjälp av optisk mikroskopi. Det blev möjligt eftersom solcellerna absorberar fotoner. Nästa generations solceller gjorda av supertunna filmer av halvledande material väcker förväntning eftersom de är relativt billiga och tillräckligt flexibla för att kunna tillämpas praktiskt taget överallt. Forskarna anstränger sig idag för att öka effektiviteten hos tunnfilm solceller när dessa omvandlar solljus till elektricitet. Men det är en besvärlig utmaning, delvis på grund av solcellens ytskikt där en stor del av energialstringen sker, är ouppnåelig för realtid och har hittills inte lämnat några avbilder. Det är svårt att förbättra processer man inte kan iaktta eller se. Nu har forskare från Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) utvecklat ett sätt att använda optisk mikroskopi för att kartlägga tunnfilmssolceller i 3-D. Metoden, som beskrevs den 15 november 2016 i tidskriften Advanced Materials, utvecklades av avdelningen Molecular Foundry i en anläggning med namnet DOE Office of Science, som ligger vid Berkeley Lab. Metoden kan skapa bilder i mikroskala eller i mycket tunnare skepnad än tvärsnittet i människans hårstrå. Hittills har forskarna använt tekniken för att bättre förstå varför en specifik kemisk komponent, kadmiumtellurid (CdTe), som tillförs i solceller, förbättrar deras prestanda. För att kunna göra betydande förbättringar ifråga om solcellernas 10 SOLELMÄSSAN 2016 Närbild på vanliga solceller. Foto: Jim Girardi effektivitet, måste forskarna kunna se vad som händer när solcellerna arbetar på mikronivån, både på och under ytan. – Vårt nya förfaringssätt tillåter oss nu att göra det, säger Edward Barnard, en ledande forskare och ingenjör, som ledde projektet tillsammans med James Schuck, ansvarig för hantering av nanostrukturer. Den nya avbildningsmetoden utkristalliserades under ett nära samarbete mellan Molecular Foundrys forskare och personalen hos Plant PV Inc, ett Kalifornienbaserat företag i staden Alameda. Medan de tillverkade nytt solcellsmaterial på molekylär basis upptäckte teamet i samband med arbete med standardiserad optisk teknik att de inte var i stånd att se vad som pågick inne i materialet. De beslutade att utveckla en ny metod för att kunna erhålla en klarare bild av händelseförloppet. Därefter anlände ett antal forskare från National Renewable Energy Laboratory till Molecular Foundry för att testa den nya metoden genom att observera CdTe-solcellerna. I samband med sina försök att förbättra metoden, modifierade forskarna ett arbetssätt som kallas ”dubbelfoto mikroskopi”, som används av biologer för att kunna se djupt in i stora prover, som exempelvis levande vävnader. Forskarna kom fram till att metoden kan appliceras även på halvledarmaterial. Forskarna använde en extremt fokuserad laserstråle med infraröda fotoner som forcerades in det fotoelektriska materialet. När två energisnåla fotoner löpte samman precis på samma punkt alstrades tillräckligt med energi för stimulering av elektronerna . Dessa elektroner kan uppspåras så länge de befinner sig i sitt ”uppeggade” tillstånd. Elektronerna med större livslängd uppträder som ljuspunkter mikroskopiska bilder. Dessutom kan laserstrålen åter placeras under en solcell av testformat, vilket utformar en tydlig 3-D karta över en solcell och avbildar därmed dess hela optoelektroniska rörelse. Metoden har redan illustrerad fördelarna med att behandla CdTe-solceller med kadmiumklorid, som normalt tillsätts under tillverkningsprocessen. Forskarna vet att kadmiumklorid förbättrar effektiviteten i CdTe-solceller, men dess effekt på elektroner i mikroskala hade man inte förstått förut lika bra. Tack vare den nya bildtekniken, upptäckte forskarna också att behandling med kadmiumklorid ökar livslängden hos ”uppeggade” elektroner i solceller av CdTe-typ. Box of ENERGY – Solution Smart solution with cycle economy www.boxofenergy.se