Bättre datormodeller ger effektivare solceller

Datorsimuleringar är en allt viktigare komponent vid utvecklingen av nya solceller. De kan även hjälpa till att bättre förstå de solcellstekniker som används idag eller som är på väg att kommersialiseras. Ulf Malm vid Uppsala universitets institution för teknikvetenskaper har tagit fram en modell som beskriver hur det går att utöka de metoder som använts för att modellera så kallade tunnfilmssolceller för att simulera effekter i såväl två som tre dimensioner.

– Tidigare modelleringar av tunnfilmssolceller har varit endimensionella, säger Ulf Malm. Men det fungerar inte alltid så bra, eftersom cellernas funktion beror starkt på hur strömmen breder ut sig åt flera håll.

Tunnfilmsceller är uppbyggda av flera tunna lager av lämpliga material. Tekniken gör det möjligt att tillverka extremt tunna solceller, vilket gör att det går åt lite material och att cellerna kan bli billiga att tillverka. Uppsala ligger i den absoluta framkanten när det gäller tunnfilmsteknik, och har slagit världsrekord i effektivitet. I de CIGS-celler Ulf Malm arbetat med består materialet som absorberar solstrålningen av grundämnena koppar (copper), indium, gallium och selen.

– I jämförelse med traditionella kiselbaserade solceller så är kunskaperna om materialsystemet kring CIGS begränsade. Vi måste förstå det bättre för att kunna vidareutveckla tekniken, säger Ulf Malm. Bland annat måste vi öka livslängden på cellerna.

CIGS-solceller har haft problem med stabiliteten då de exponeras för en kombination av fukt och värme. Det har man bland annat försökt komma till rätta med genom att kapsla in cellerna. Ulf Malm har i sin avhandling utvärderat effekten av detta och konstaterat att fukten inte är något problem för själva cellen.

– Den svagaste punkten ligger istället där cellerna är sammankopplade. Där ökar risken för korrosion om metallen exponeras för fuktigt inkapslingsmaterial.

Vid tillverkning av solcellerna blir det lätt variationer i materialkvalitet. Med Ulf Malms simuleringsmodell går det att studera vad detta får för konsekvenser för solcellen.

– Bland annat har jag tittat på hur stor effekt sådana defekter har. De kan exempelvis göra att strömmar flyter internt i solcellen istället för att bidra till solcellens uteffekt.

Solceller som producerar el är en av de tekniker som skulle kunna hjälpa oss bort från beroendet av fossila bränslen. De kan också vara ett utmärkt alternativ för att producera el där solen lyser men det inte finns ett utbyggt elnät.

Kontaktinformation
För mer information, kontakta Ulf Malm på 070-984 05 58 eller ulf.malm@angstrom.uu.se