Miljövänligare solceller utan kadmium
För bästa prestanda används idag kadmiumsulfid som ett av skikten i tunnfilmsolceller. I sin avhandling har Jan Sterner undersökt miljövänligare alternativ och funnit att indiumsulfid skulle kunna ersätta kadmiumsulfid.
Idag är den dominerande typen av solceller gjorda av kristallint kisel. Dessa har hög verkningsgrad men är dyra att tillverka och kommer därför inte att kunna konkurrera med andra energislag vid storskalig elproduktion. Solceller tillverkade med tunnfilmsteknik kan däremot tillverkas till väsentligt lägre kostnad. Tunnfilmssolceller med Cu(In,Ga)Se2 som ljusabsorberande skikt har hög verkningsgrad och är stabila under lång tid.
Denna typ av solcell har en elektrisk kontakt på ovansidan bestående av zinkoxid samt en på undersidan bestående av molybden. Mellan zinkoxiden och Cu(In,Ga)Se2 behövs ett mycket tunt (50 nanometer) buffertskikt för att nå optimal cellprestanda, högst prestanda uppnås med kadmiumsulfid som beläggs med en våtkemisk process.
För att undvika avfall med giftiga tungmetaller vid tillverkningen har Jan Sterner under sitt avhandlingsarbete fokuserat på att ta fram ett buffertskikt utan kadmium. Det är ett komplext problem eftersom man i dagsläget inte vet exakt detta skikts inverkan på solcellens funktion. Jan Sterner testade zinkoxid och indiumsulfid som alternativa buffertskikt. Skikten har belagts med en vakuum process vilket förenklar anpassningen till serieproduktion av Cu(In,Ga)Se2 solceller eftersom de övriga produktionsstegen sker i vakuum. Processen bygger på en mycket kontrollerad beläggning av enstaka atomlager, vilket ger homogena och heltäckande skikt utan att skada det känsliga Cu(In,Ga)Se2 skiktet.
Resultaten visar att man med buffertskikt av indiumsulfid når en verkningsgrad jämförbar med den för kadmiumsulfid. En förutsättning är att inga energibarriärer uppstår som hindrar elektrontransporten i solcellen. Genom att bygga ett instrument som mäter förekomsten av barriärer har Jan Sterner lyckats optimera skikten för att förbättra verkningsgraden. Han visar också hur man genom att svavelbehandla Cu(In,Ga)Se2 skiktet kan förbättra tunnfilmsolceller utan kadmium. Sammantaget kan dessa resultat leda till en tunnfilmsolcell som inte belastar miljön med tungmetaller.
Länk till spikblad: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-4009
Författare: Jan Sterner
Avhandlingens titel: ALD Buffer Layer Growth and Interface Formation on Cu(In,Ga)Se2 Solar Cell Absorbers.
Institution: Institutionen för teknikvetenskaper.
Opponent: Dr. Roland Scheer från Hahn-Meitner Institut, Berlin, Tyskland.
Disputationen äger rum: fredag 12 mars kl. 9.30 i Polhemsalen, Ångströmlaboratoriet, Uppsala.
Kontaktinformation
Vidare information: Jan Sterner kan nås på telefon 018-471 31 46 eller via e-post jan.sterner@angstrom.uu.se
