Jak pokazujÄ… doÅ›wiadczenia niemieckie pozyskiwanie znaczÄ…cej części energii ze SÅ‚oÅ„ca nawet w naszej strefie klimatycznej jest możliwe i w dÅ‚uższej perspektywie opÅ‚acalne. Ogniwa sÅ‚oneczne tzw. II generacji, oparte o cienkie warstwy zwiÄ…zków półprzewodnikowych silnie absorbujÄ…cych Å›wiatÅ‚o, to taÅ„sza i mniej energochÅ‚onna w produkcji alternatywa do dominujÄ…cych obecnie ogniw krzemowych. Struktury fotowoltaiczne zawierajÄ…ce półprzewodnik z rodziny Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) charakteryzujÄ… siÄ™ najwyższÄ… sprawnoÅ›ciÄ… spoÅ›ród ogniw II generacji (22.6 %) i w poÅ‚Ä…czeniu z dużą stabilnoÅ›ciÄ… mogÄ… być stosowane w postaci modułów zintegrowanych z budynkami (BIPV), zastosowaÅ„ przenoÅ›nych (giÄ™tkie podÅ‚oża) oraz do zasilania internetu rzeczy (IoT). Rekordowe wydajnoÅ›ci ogniw laboratoryjnych powyżej 20 % zostaÅ‚y w dużej mierze osiÄ…gniÄ™te dziÄ™ki intuicji technologów niż wsparte gÅ‚Ä™bszym zrozumieniem wÅ‚asnoÅ›ci tego materiaÅ‚u. Do ciekawych problemów, które nie doczekaÅ‚y sie jeszcze zadawalajÄ…cego wyjaÅ›nienia należy wpÅ‚yw sodu i innych metali alkalicznych na wÅ‚asnoÅ›ci samego materiaÅ‚u oraz ogniw sÅ‚onecznych CIGS. Już od lat 90-tych wiadomo że obecność sodu dyfundujÄ…cego ze szklanego podÅ‚oża ma korzystny wpÅ‚yw na sprawność. Spektakularny wzrost wydajnoÅ›ci ogniw CIGS jaki siÄ™ dokonaÅ‚ w ciÄ…gu ostatnich 2-3 lat nastÄ…piÅ‚ dziÄ™ki wykorzystaniu obok sodu także cięższych metali alkalicznych jak potas a także rubid i cez. OkazaÅ‚o siÄ™ też, że wystarczy "posolić" warstwÄ™ CIGS po naparowaniu (tzw. post-deposition treatment PDT), żeby uzyskać pożądane efekty. WyjaÅ›nienie, jakie sÄ… fundamentalne przyczyny korzystnego oddziaÅ‚ywania sodu i innych metali alkalicznych na wÅ‚asnoÅ›ci opto-elektroniczne ogniw CIGS to cel projektu AlkaCIGS. W szczególnoÅ›ci przewidziane jest rozwiÄ…zanie nastÄ™pujÄ…cych zagadnieÅ„ bÄ™dÄ…cych przedmiotem dyskusji i kontrowersji:

• czy efekt metali alkalicznych jest tylko powierzchniowy (oddziaÅ‚ywanie na granicach ziaren i na miÄ™dzypowierzchniach przedniej i tylnej), czy nastÄ™puje też efekt dyfuzji i zmiana widma defektów odpowiedzialnych za przewodnictwo i rekombinacjÄ™ w objÄ™toÅ›ci materiaÅ‚u 
• czy bardzo interesujÄ…ce skÄ…dinÄ…d zjawiska metastabilne typowe dla CIGS, takie jak metatrwaÅ‚y wzrost wydajnoÅ›ci ogniwa nastÄ™pujÄ…cy pod wpÅ‚ywem Å›wiatÅ‚a sÅ‚onecznego, majÄ… coÅ› wspólnego z sodem?
• czy wpÅ‚yw metali alkalicznych na przedni i tylny kontakt struktury fotowoltaicznej sprowadza siÄ™ do pasywacji defektów, czy też sprzyjajÄ… one tworzeniu siÄ™ cienkich warstw zwiÄ…zków modyfikujÄ…cych aktywność elektrycznÄ… tych kontaktów (MoSe2 na tylnej powierzchni absorbera, K-In-Se na przedniej powierzchni)?
• czy na defekty zwiÄ…zane z metalami alkalicznymi, także te odpowiedzialne za przewodnictwo, ma wpÅ‚yw zawartość miedzi w stosunku do metali z III grupy ukÅ‚adu okresowego?
• jakie sÄ… interakcje miÄ™dzy lżejszymi i cięższymi metalami alkalicznymi w trakcie PDT?

Odpowiedź na te pytania będzie możliwa jeśli odpowiednio zaprojektuje się zarówno próbki do badań jak i zestaw narzędzi analitycznych. W tym projekcie koncentrujemy sie na usuwaniu przyczyn, które utrudniały wcześniej jednoznaczną interpretację wyżej wymienionych problemów. Po pierwsze, próbki z różną zawartością metali alkalicznych będą przygotowywane z wykorzystaniem metody PDT dostarczającej kontrolowanej ich ilości w postaci zarówno ogniw słonecznych jak i cienkich warstw. W wielu dotychczasowych badaniach używano próbek, w których sód dostarczany był w trakcie nanoszenia warstwy CIGS i kontrola jego ilości była praktycznie niemożliwa. Co ważniejsze jego obecność w trakcie wzrastania warstwy pociągała za sobą m. in. także zmiany struktury, widma defektów samoistnych i morfologii próbki komplikując interpretację. Po drugie, badane będą równolegle ogniwa słoneczne i cienkie warstwy CIGS za pomocą zestawu komplementarnych metod optycznych i elektrycznych pozwalających na rozróżnienie zjawisk, które zachodzą w objętości materiału, od tych związanych z powierzchniami i granicami ziaren. Po trzecie, eksperymentom będzie towarzyszyć wsparcie teoretyczne w postaci symulacji i obliczeń z pierwszych zasad ułatwiające weryfikację wniosków z eksperymentów.

Zaplanowane w projekcie działania mogą przynieść sukces tylko w ścisłej współpracy między zespołem technologów a grupą badaczy z doświadczeniem w eksperymentalnym i teoretycznym badaniu półprzewodników i struktur fotowoltaicznych. W projekcie przewidziano udział najlepszej w technologii CIGS grupy w Europie - ZSW Stuttgart, autora światowych rekordów sprawności ogniw CIGS w ostatnich latach oraz zespołu z Wydziału Fizyki PW, dysponującego wieloletnim doświadczeniem w badaniu i analizie materiałów i struktur fotowoltaicznych ze szczególnym uwzględnieniem fizyki defektów w CIGS a także zapleczem eksperymentalnym i symulacyjnym niezbędnym do realizacji przewidzianych zadań.