Antivries, een magnetron en goedkope materialen voor goedkope zonne-energie

Technici op de Oregon State University hebben ontdekt dat ethyleenglycol, dat gewoonlijk wordt gebruikt in antivriesproducten, goed kan functioneren als een goedkoop oplosmiddel in een ‘continous flow’ reactor, een methode voor het maken van dunnefilm zonnecellen die makkelijk kan worden opgeschaald voor serieproductie op industrieel niveau. Uit het onderzoek bleek ook dat deze benadering werkt met CZTS, ofwel koper-zink-tinsulfide, een materiaal dat van specifiek belang is voor zonnecellen, dankzij excellente optische eigenschappen en het feit dat deze materialen goedkoop en milieuvriendelijk zijn.

Gangbaar en goedkoop

"Het wereldwijde gebruik van zonne-energie zal achterblijven als de materialen voor de cellen te kostbaar zijn of als er giftige chemische stoffen bij de productie moeten worden gebruikt", verwacht professor  Greg Herman van de OSU School of Chemical, Biological and Environmental Engineering. "We hebben technologieën nodig met gangbare, goedkope materialen. Bij dit proces is dat het geval."

Veel van de huidige zonnecellen worden gemaakt met CIGS, koper-indium-gallium-diselenide. Indium is relatief zeldzaam en wordt vooral geproduceerd in China. Vorig jaar waren de prijzen voor indium en gallium ongeveer 275 maal hoger dan het zink dat wordt gebruikt in CZTS-cellen.

Sneller

De technologie die wordt ontwikkeld bij OSU maakt gebruikt van ethyleenglycol in meso-fluïdische reactoren die een nauwkeurige beheersing mogelijk maken van temperatuur, reactietijd en massatransport. Dat is nodig om te komen tot een betere kristallijne kwaliteit en een hoge uniformiteit van de nanodeeltjes die de zonnecel vormen – factoren die de prestaties van de cel verhogen.

De methode is ook sneller – veel bedrijven gebruiken nog ‘batch mode’ synthese om CIGS nanodeeltjes te maken. Dat is een proces dat alles bij elkaar een hele dag duurt. – in een continuous flow reactor gaat het in ongeveer een half uur. De snelheid van dergelijke reactoren zal de uiteindelijke kosten nog verder reduceren.

Op dit moment zijn de prestaties van CZTS cellen nog minder dan die van CIGS, zeggen de onderzoekers, maar verder onderzoek aan het gebruik van doteringen en verdere optimalisering zouden moeten leiden tot cellen met een vergelijkbaar rendement.