Cigs op plastic steekt Cigs op glas naar de kroon

Reading time: 2 minutes

Author:

Glas is een goede keuze als drager voor Cigs-zonnecellen. Het kan tegen hoge temperaturen en heeft een vergelijkbare uitzettingscoëfficiënt als het fotoactieve materiaal, zodat het eindproduct kan werken zonder te scheuren. Sinds een jaar of tien weten we dat glas bovendien natriumionen levert die de Cigs-lagen in diffunderen. De resulterende veranderingen in de chemische samenstelling – er gaan allerlei elementen aan de wandel om het natrium te accommoderen – hebben een gunstig effect op het rendement.

In die zin heeft glas dus altijd een streepje voor op flexibele plastic substraten, tenzij je het natrium op een andere manier weet te introduceren. Dat lukt tot nu toe nog niet zo goed, ondanks vele experimenten om de invloed van de hoeveelheid natrium en het moment van introductie in het productieproces te optimaliseren. Tot voor kort kende de beste Cigs-cel op glas een rendement van 20,3 procent, tegen 18,7 procent voor eentje op plastic.

Foto: Empa

Dankzij inspanningen van onderzoekers van het Zwitserse Empa-instituut haalde Cigs op plastic onlangs toch Cigs op glas in, zij het maar voor eventjes. Hun in Nature Materials beschreven zonnecel op polyimide versloeg met een efficiëntie van 20,4 procent de op dat moment beste Cigs-cel op glas, maar kort daarna presenteerde een Duitse onderzoeksgroep alweer een exemplaar van 20,8 procent op glas. Maar toch: heel even stond het record op naam van plastic, en dat was nog nooit gebeurd.

Bij de sprong van 18,7 naar 20,4 procent was een sleutelrol weggelegd voor kalium, de grotere broer van natrium. Hoewel kalium vaak is aangetroffen in Cigs-lagen, veronderstelden wetenschappers dat er geen bijzondere rol voor was weggelegd. Zij dachten dat het min of meer hetzelfde effect had als natrium.

Dat blijkt niet te kloppen: natrium en kalium doen wel degelijk verschillende dingen. Dat blijkt overtuigend uit de rendementsverhoging die resulteert wanneer Cigs-cellen behalve met natrium ook met kalium worden nabehandeld. Natrium lijkt vooral koper en gallium aan de oppervlakte van de Cigs-laag te verdringen, terwijl kalium de diffusie van cadmium uit cadmiumsulfide de Cigs-laag in stimuleert (cadmiumsulfide wordt vaak gebruikt als buffer tussen Cigs en de transparante elektrode, die vaak van zinkoxide is gemaakt). De effecten van natrium en kalium samen hebben een gunstig effect op de kwaliteit van het grensvlak tussen Cigs en cadmiumsulfide, wat tot uitdrukking komt in het rendement.

De vraag is nu of en hoeveel Cigs op glas van deze kennis kan profiteren.