Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα χρησιμοποίησαν μέθοδο με επιμετάλλωση χαλκού για να αντιμετωπίσουν ενεργά τις προκλήσεις οξείδωσης και ενσωμάτωσης με στόχο την υιοθέτησή τους από τη βιομηχανία (pv-magazine.com)
Ερευνητές στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξαν μια τεχνική φωτονικής σκλήρυνσης χρησιμοποιώντας σύντηξη με λέιζερ για την ταχεία θέρμανση και σκλήρυνση πάστας χαλκού σε υποστρώματα ηλιακών κυττάρων ευαίσθητα στη θερμοκρασία χωρίς να προκαλούν θερμική καταπόνηση.
Η διαδικασία φέρεται να παράγει πυκνά, χαμηλού πορώδους στρώματα χαλκού με ισχυρή πρόσφυση στο οξείδιο του ινδίου-κασσιτέρου, επιτυγχάνοντας χαμηλή αντίσταση όγκου και επαφής.
Η μέθοδος που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα, φέρεται να βελτιώνει την επιμετάλλωση χαλκού (Cu) των ηλιακών κυψελών μειώνοντας την οξείδωση του Cu.
«Έχουμε ήδη προχωρήσει στην επίτευξη απόδοσης κυψελών κοντά στο 20% με την επιμετάλλωση χαλκού και αντιμετωπίζουμε ενεργά τις προκλήσεις οξείδωσης και ενσωμάτωσης για να πλησιάσουμε στην υιοθέτηση από τη βιομηχανία.
Η εργασία μας χρηματοδοτήθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE)», δήλωσε στο pv-magazine.com ο Prasanth Kumar (συντάκτης της έρευνας).
Η νέα τεχνική παρουσιάστηκε στην εργασία «Φωτονική σκλήρυνση μελανιών χαλκού: Μια διαδρομή προς κλιμακωτή μεταλλοποίηση χαλκού για ηλιακά κύτταρα», που δημοσιεύτηκε στο physica status solidi (PSS).
Η ερευνητική ομάδα περιελάμβανε ακαδημαϊκούς από το Πανεπιστήμιο του Ντέλαγουερ.
Συνοπτικά η φωτονική σκλήρυνση
Η φωτονική σκλήρυνση είναι μια τεχνική υψηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιεί έντονες εκρήξεις φωτός από λάμπες λάμψης για να θερμάνει γρήγορα την επιφάνεια ενός υλικού.
Αυτή η προσέγγιση μπορεί να «σκληρίνει» μέταλλα ή μελάνια χωρίς υπερθέρμανση ή καταστροφή των υποκείμενων στρωμάτων, καθιστώντας την ιδιαίτερα χρήσιμη στην ηλεκτρονική και την κατασκευή ηλιακών κυψελών για τη βελτίωση της αγωγιμότητας και της ποιότητας των υλικών.
Στην εργασία τους, οι επιστήμονες επεξεργάστηκαν μικροσωματίδια και νανοσωματίδια Cu με σύντηξη με λέιζερ για να δημιουργήσουν γρήγορη, εντοπισμένη θέρμανση μέσω δέσμης λέιζερ υψηλής έντασης.
Αυτή η μέθοδος φέρεται να επιτρέπει την σκλήρυνση των πάστας Cu σε υποστρώματα ευαίσθητα στη θερμοκρασία χωρίς να προκαλείται θερμική καταπόνηση.
«Η τεχνική σύντηξης με λέιζερ επιτρέπει την επιλεκτική απορρόφηση ενέργειας, μειώνοντας τη ζημιά στο υπόστρωμα και ενισχύοντας την πρόσφυση μεταξύ των στρωμάτων Cu και οξειδίου ινδίου-κασσιτέρου (ITO) σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους σύντηξης.
Επιπλέον, η διαδικασία φωτονικής σκλήρυνσης είναι κλιμακωτή και συμβατή με την κατασκευή φωτοβολταϊκών συστημάτων μεγάλου όγκου», εξήγησαν οι επιστήμονες.
Υλικά που χρησιμοποιήθηκαν
Για τα πειράματα, μικροσωματίδια και νανοσωματίδια Cu εναποτέθηκαν σε πλακίδια Czochralski (Cz) πάχους 140μm χρησιμοποιώντας ένα σύστημα μικροδιανομής, ενώ η σύντηξη πραγματοποιήθηκε με λέιζερ CO₂.
Για εκτύπωση υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιήθηκε μια εμπορική πάστα χαλκού που παρέχεται από τον αμερικανικό κατασκευαστή τυπωμένων ηλεκτρονικών Novacentrix.
Χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), φασματοσκοπία ακτίνων Χ με ενεργειακή διασπορά (EDAX) και προφίλμετρία, η ομάδα ανέλυσε την αντίσταση της γραμμής Cu, την ειδική αντίσταση όγκου και την ειδική αντίσταση επαφής στη διεπαφή ITO/Cu.
Διαπίστωσαν ότι η διαδικασία παρήγαγε ένα πυκνό, συμπαγές στρώμα Cu με μειωμένο πορώδες και ισχυρή πρόσφυση των επαφών Cu.
Υπό «βελτιωμένες» συνθήκες, η διαδικασία πέτυχε ειδική αντίσταση όγκου περίπου 19μΩ·cm και ειδική αντίσταση επαφής περίπου 35mΩ·cm².
Οι ερευνητές σημείωσαν ότι αυτές οι τιμές είναι αρκετά χαμηλές για να επιτρέψουν σημαντικές μειώσεις στην κατανάλωση Cu, προσφέροντας μια βιώσιμη πορεία προς οικονομικά αποδοτικές και αξιόπιστες διαδικασίες μεταλλοποίησης.
Επόμενα σχέδια
Κοιτάζοντας μπροστά, οι ερευνητές σχεδιάζουν να διερευνήσουν τις θερμικές αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν κατά τη σύντηξη με λέιζερ της πάστας Cu, με στόχο την περαιτέρω βελτίωση της διαδικασίας για την κατασκευή ηλιακών κυψελών επόμενης γενιάς.
«Οι μελλοντικές προσπάθειες θα επικεντρωθούν στη μείωση του πλάτους γραμμής των δακτύλων επαφής και στην αύξηση του λόγου διαστάσεων, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την ελαχιστοποίηση των απωλειών οπτικής σκίασης», δήλωσε η ομάδα.
www.worldenergynews.gr
