In 2009, toen dunnefilmcellen met calciet op de markt kwamen, bedroeg het conversierendement slechts 3,8%. Dit rendement steeg echter zeer snel en in 2018 overschreed het laboratoriumrendement de 23%. De basismolecuulformule van een chalcogenideverbinding is ABX3, waarbij de A-positie meestal een metaalion is, zoals Cs+ of Rb+, of een organische functionele groep, zoals (CH3NH3) of [CH(NH2)2]+. De B-positie is meestal een tweewaardig kation, zoals Pb2+ en Sn2+ ionen. De X-positie is meestal een halogeenanion, zoals Br-, I- of Cl-. Door de samenstelling van de verbindingen te wijzigen, kan de verboden bandbreedte van chalcogenideverbindingen worden aangepast tussen 1,2 en 3,1 eV. De hoogrenderende fotovoltaïsche conversie van chalcogenidecellen bij korte golflengten, gecombineerd met cellen met uitstekende conversieprestaties bij lange golflengten, zoals heterogene kristallijne siliciumcellen, kan theoretisch een fotovoltaïsch conversierendement van meer dan 30% opleveren. Dit overtreft de theoretische limiet van 29,4% voor kristallijne siliciumcellen. In 2020 behaalde deze gestapelde batterij in het Heimholtz-laboratorium in Berlijn al een conversierendement van 29,15%. De chalcogenide-kristallijne silicium gestapelde cel wordt beschouwd als een van de belangrijkste batterijtechnologieën van de volgende generatie.
De chalcogenidefilm werd gerealiseerd met een tweestapsmethode: eerst werden poreuze Pbl2- en CsBr-films door middel van co-verdamping op het oppervlak van heterojunctiecellen met een pluizig oppervlak aangebracht, waarna deze werden bedekt met een organohalideoplossing (FAI, FABr) door middel van spincoating. De organische halideoplossing dringt door in de poriën van de door dampafzetting gevormde anorganische film en reageert en kristalliseert vervolgens bij 150 graden Celsius tot een chalcogenidefilm. De dikte van de aldus verkregen chalcogenidefilm bedroeg 400-500 nm en deze werd in serie geschakeld met de onderliggende heterojunctiecel om de stroomafstemming te optimaliseren. De elektronentransportlagen op de chalcogenidefilm zijn LiF en C60, die achtereenvolgens werden verkregen door thermische dampafzetting, gevolgd door atomaire laagafzetting van een bufferlaag, SnO2, en magnetronsputteren van TCO als transparante frontelektrode. De betrouwbaarheid van deze gestapelde cel is beter dan die van de enkellaagse chalcogenidecel, maar de stabiliteit van de chalcogenidefilm onder invloed van waterdamp, licht en warmte moet nog worden verbeterd.
Geplaatst op: 20 oktober 2023