Streszczenie

Jednym z najszybciej rozwijających się odnawialnych źródeł energii jest fotowoltaika – konwersja światła słonecznego w energię elektryczną. Obecnie prawie 90% udziału w rynku mają ogniwa oparte na krzemie, jednak technologia ta nie wszędzie może zostać wykorzystana – z powodu skośnej przerwy energetycznej krzemu ogniwa takie muszą być stosunkowo grube, pozostając przy tym bardzo kruche. Alternatywą są technologie cienkowarstwowe, gdzie cienka (liczona w mikrometrach) warstwa materiału aktywnego napylana jest na dowolne podłoże. Takie ogniwa mogą być przez to osadzane także na wygiętych lub elastycznych podłożach, a same ogniwa, przy zastosowaniu bardzo cienkiego absorbera, mogą być także półprzezroczyste. Otwiera to przed nimi niszę w postaci BIPV – fotowoltaiki zintegrowanej z budynkiem. 

Jednym z wiodących materiałów do produkcji ogniw cienkowarstwowych jest Cu(In,Ga)Se2. Materiał ten jest bardzo odporny na zmiany w stoichiometrii, a ogniwa na nim oparte zawierają zdecydowanie mniej szkodliwego kadmu niż ich główny konkurent, tellurek kadmu. Jednym z ciekawszych faktów dotyczących ogniw CIGS jest to, że produkowane na zwykłych, szklanych podłożach osiągają zdecydowanie wyższą wydajność niż na wysokojakościowym szkle borosylikatowym. Jest to związane z dyfuzją sodu z podłoża do absorbera, prowadzącą do zwiększenia przewodności oraz koncentracji swobodnych nośników (dziur). Mimo, ze efekt ten jest znany od 30 lat, i wykorzystywany we wszystkich produkowanych ogniwach CIGS, jego precyzyjny mechanizm jest nadal dyskutowany. Badania APT wskazują na lokowanie się sodu przede wszystkim na granicach ziaren. Co ciekawe, w przeciwieństwie do innych rodzajów ogniw, polikrystaliczne ogniwa CIGS mają wyższą sprawność niż epitaksjalne. Do dalszej optymalizacji technologii ogniw CIGS niezbędna zatem jest wiedza na temat wpływu metali alkalicznych oraz granic ziaren na pracę ogniwa. 

W swojej pracy zajmuję się badaniem wpływu domieszkowania metalami alkalicznymi – sodem, ale także potasem – na własności elektryczne kompletnych ogniw CIGS oraz cienkich warstw samego absorbera. Porównanie takie umożliwia oddzielenie efektów pochodzących od samego Cu(In,Ga)Se2 od efektów międzypowierzchniowych. Otrzymane dotychczas wyniki sugerują, że główną drogą oddziaływania sodu i potasu może być pasywacja defektów na granicach ziaren, prowadząca do zwiększenia ruchliwości dziur (redukcja barier potencjału na granicach ziaren) oraz domieszkowania wewnątrz ziaren, poprzez redukcję obszarów zubożonych wokół granic ziaren.