Studie van defecten die de performantie van Cu(In, Ga)Se2 dunne-film zonnecellen beperken

Groep: DiSC

Promotor: Prof. Henk Vrielinck (DiSC - WE04), Prof. Marc Burgelman (ELIS - IR06)

Begeleiding: Johan Lauwaert (DiSC), Lisanne Van Puyvelde

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contact-gegevens opvragen door op de naam te klikken)

Trefwoorden:

CIGS, dunne-film zonnecellen, flexibele zonnecellen

Probleemstelling:

De markt van de zonnecellen wordt nog steeds overheerst door siliciumzonnecellen. Toch is de kostprijs van dit type cel nog vrij hoog om te kunnen concurreren met andere energiebronnen. Omdat de kostprijs van de siliciumzonnecellen voor 50% bepaald wordt door de dikke (>200µm) siliciumlaag, zijn dunne-filmzonnecellen een goedkoop alternatief. Dunne-film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) cellen kunnen geproduceerd worden met een efficiëntie van ongeveer 20% wat vergelijkbaar is met de bekende multikristallijne siliciumcellen. Ze hebben bovendien het voordeel dat niet alleen glassubstraten kunnen gebruikt worden als drager, maar dat met een gelijkaardig proces zonnecellen kunnen geproduceerd worden op een flexibele drager. De figuur toont (links) een foto van een typisch specimen van een flexibele zonnecel op een dunne staalfilm en (rechts) een elektronenmicroscopie opname van de verschillende lagen in de dunne film.

Om de efficiëntie te verbeteren of de kostprijs van de productie nog te laten dalen is inzicht in de elektronische werking van en de defectstructuren aanwezig in dergelijke zonnecellen noodzakelijk. Een goede elektrische karakterisering van de aanwezige diepe niveaus in de zonnecel maakt het mogelijk om specifieke productiestappen doelgericht te optimaliseren en af te wijken van een ‘trial and error’ methode om de efficiëntie van de zonnecel te verbeteren. Daarom zullen we trachten te bepalen welke onzuiverheden of intrinsieke puntdefecten een sterke invloed hebben op de zonnecelwerking. Vaak zullen elektrisch actieve defecten in de absorberlaag van de zonnecel de levensduur van de gegenereerde ladingsdragers beperken, hetgeen vermeden moet worden.

Doelstelling :

Het doel van deze thesis is om deze types cellen te karakteriseren met behulp van Deep Level Transient Spectroscopy om het elektrische effect van de aanwezige defecten te identificeren. Hiermee kan de concentratie en het niveau in de verboden zone van elektrisch actieve defecten bepaald worden. Deze metingen kunnen worden aangevuld met admittantie metingen en zonnecelsimulaties in samenwerking met de onderzoeksgroep zonnecellen van de faculteit ingenieurswetenschappen (ELIS). Spectroscopische studie van grote CIGS eenkristallen, als modelsysteem voor de absorberlaag, behoren eveneens tot de mogelijkheden.

Thesis figuur DiSC

(links) Flexibele CIGS dunne-film zonnecel gegroeid op een staalfilm. Deze zonnecel werd geproduceerd aan het Helmholtz Zentrum, Berlijn, Duitsland.
(rechts) Elektronenmicroscopie opname van dezelfde cel.