2013 Material Research Society (MRS) Spring Meeting – Hari 2

Critical material challenges in solar to hydrogen production technologies (Eric Miller,Department of Energy, USA)

  • Clean energy patent index menunjukan bahwa patent mengenai fuel cell memimpin dengan 950 paten pada 2011 disusul oleh paten-paten mengenai teknologi surya
  • Dua Negara teratas yang aktif mengkomersialisasikan teknologi fuel cell yaitu USA dan Jepang
  • Methane steam reforming masih menjadi metoda yang paling banyak digunakan untuk memproduksi H2 untuk komersil
  • Harga fuel cell selalu semakin turun dan sekarang dalam kisaran 43 dollar/kwH. Target harga agar fuel cell bias kompetitif dengan bahan bakar fosil yaitu 30 dollar/kWh
  • Portofolio dari teknologi preduksi H2 di USA yaitu untuk optimalisasi dari methane steam reforming (jangka pendek), produksi berbasis biomass (jangka menengah), dan produksi dari penggunaan sinar matahari seperti water splitting (jangka panjang)
  • Banyak cara untuk memproduksi H2 menggunakan energy surya yaitu thermolysis, electrolysis, dan photolysis.
  • Efisiensi yang realistic dari produksi H2 untuk skala industri menggunakan elektrolisis oleh sel surya yaitu 26%
  • Efisiensi yang realistic dari produksi H2 untuk skala industri menggunakan teknologi water splitting (Photoelectrochemical (PEC) yaitu 10%

 

The challenge of finding new absorber materials for thin film solar cells (Andreas Klein, Darmstadt University of Technology)

  • Faktor-faktor yang bias menjadi penghambat suatu material menjadi kandidat sebagai fotoabsorber yaitu:

– absorbansi cahaya yang lemah seperti material indirect band gap atau forbidden transition

– Short circuit sperti pinhole atau fasa sekunder

– kualitas dari material tersebut seperti carrier lifetime dan diffusion length

– alignment dari level energy band gap nya

-kualitas permukaan dengan material n-type nya seperti rekombinasi

  • Tin sulphide (SnS) mempunyai energy band gap 1.3 eV dan di prediksi mempunyai arus density (Jsc) teoritis sebesar 30 mA/cm2.
  • Cu2O, Cu2S, SnS dan Bi2S3 mempunyai band alignment yang cocok tetapi sangat rentan terhadap efek pinning dari level energy band-gapnya
  • Apabila terjadi pinning pada Fermi level maka kualitas sel suryanya tergantung dari doping density nya
  • Alasan terjadi Fermi level pinning yaitu konsentrasi tinggi dari “deep donor” atau “deep acceptors”
  • Ferme level pinning menjadi problem dari beberapa material yang berpotential tersebut, sehinnga evaluasi dari kualitas material tersebut sangat penting
  • Fermi level dari SnS pinning sebesar 0.5 eV diatas valnce band maximum (VBM)

 

Functional oxide thin films for new generation solar cells: using atmospheric Atomic Layer Deposition (ALD) (Munoz-rojas, University of Cambridge)

  • Konsep kerja ALD mirip Chemical Vapor Deposition (CVD) tetapi penumbuhan lapisannya sequiential atau lapis per lapis
  • Keuntungan dari ALD yaitu tebal lapisan bisa dengan mudah dikontrol dan juga material berkualitas tinggi bias disintesis pada temperature rendah.
  • Kekurangan dari ALD yaitu prosesnya sangat lambat dan juga membutuhkan kondisi vacuum
  • Atmospheric ALD yang didesain grup riset ini memungkinkan proses terjadi pada kondisi atmosfer
  • Beberapa material kulitas tinggi Cu2O, TiO2 untuk aplikasi pada sel surya tlah berhasi disintesa dan terbukti meningkatkan performansi dari sel surya tersebut dibandingkan dengan fabrikasi konvensional

 

The effect of high temperature reaction of Cu-In-Ga metallic precursors on the formation of Cu(In,Ga)(Se,S)2 (Dominik Berg, Institut of Energy Conversion, University of Delaware, USA)

  • Proses pada temperatur tinggi mempunyai keuntungan untuk meningkatkan homogeneity dari gallium dan juga mingkatkan ukuran dari grain
  • Pada proses sintesis yang dilakukan grup ini, digunakan proses selenisasi pada temperature 400C oleh gas H2Se, diikuti oleh pemanasan pada atmosfir Ar dan juga sulfurisasi pada 540C oleh H2S.
  • Pembentukan intermetallic Cu9Ga4 sangat penting untuk sintesis
  • Proses sulfurisasi pada temperature yang lebih tinggi yaitu 650C mampu meperbesar ukuran grain dan juga meminimalisasi adanya void.
  • Namun efisiensi tertinggi dicapai ketika sulfurisasi dilakukan pada temperature 540C
  • Tidak ada perbedaan yang signifikan pada depth profile dari CIGSe yang disintesa pada berbagai temnperatur, namun ketika temperature dinaikan, konsentari sodium (Na) pada CIGSe menjadi berkurang
  • Berkurangnya Na ini bias menjadi penyebab dari turunnya efisiensi saat temperature tinggi digunakan

 

Detailed Phase Behavior of CuGaIn/Se Precursors during the Rapid Thermal Annealing (Kim, Yeungnam university, Korea)

  • Selenisasi dari lapisan precursor sangat potensial untuk fabrikasi high quality CIGSe, biasanya selenisasi dilakukan pada temperature 400C
  • Pada ekserimen ini urutan fabrikasi lapisannya yaitu Mo/CuGa/In/Se
  • Tebal dari amorphous selenium adalah 5 mikrometer
  • Ketika precursor dipanaskan pada temperature 250C, amorphous selenium menjadi kristal kemudian meleleh dan menjadi amorphous kembali. Pada temperature ini indium yang pad awalnya meleleh menjadi terkristal kembali
  • Pada pemanasan di temperature 500C, semua lapisan selenium menguap dan film menjadi mixture dari CuSe, InSe, dan CISe
  • Ketebalan dari selenium semakin berkurang dengan naiknya temperature sampai 500C
  • Pada temperature 550C, reaksi pembentukan CIGS selesai

 

Future prospects of electrochemical solar cells for next generation photovoltaics (Prof segawa, University of Tokyo, Jepang)

  • Contoh dari electrochemical solar cell yaitu dye-sensitized solar cell (DSSC) dan turunannya yaitu polymer sensitized solar cell (PSSC) dan quantum dot sensitized solar cell (QDSSC)
  • Keuntungan dari DSSC yaitu stabil terhadap fluktuasi cahaya
  • Saat diiluminasi dengan intensitas cahaya yang rendah, efisiensi DSSC relative stabil, berbeda dengan sel surya silicon yang efisiensinya berfluktuasi terhadap intensitas cahaya
  • Tantangan dari riset DSSC yaitu mengmebangkan divais dengan efisiensi sel lebih dari 15% dan efisiensi modul lebih dari 10%
  • Untuk pengembangan DSSC, dibutuhkan dye baru yang bias menyerap cahaya ke daerah near infra red
  • Pada PSSC, larutan elektrolit yang umumnya digunakan pada DSSC diganti oleh conjugated polymer
  • DSSC bias juga digunakan untuk menyimpan energi dengan menambahkan platinum mesh dan secondary battery sehingga bias bekerja pada kondisi gelap

 

Characterization of earth abundant Cu2Zn(SnyGe1-y)(SxSe1-x)4 solar cells ( Charles hages, Purdue university, USA)

  • Sel surya yang difabrikasi menggunakan tinta nanokristal (nanocrystal ink)
  • Dengan teknik ini, CZTSSe dengan efisiensi 8.4% berhasil dicapai, sedangkan untuk CIGSSe efisiensinya adalah 14.2%
  • Namun energy band gap nya terlalu rendah maka mereka mencoba menambahkan germanium (Ge) di sistemnya
  • Efisiensi tertinggi didapat dengan 30%Ge denngan band gap 1.19 eV dan efisiensi 9.4%
  • Alloying dengan Ge meningkatkan carrier lifetime dari absorber

 

Correlation between Electrical, Optical and Physical Properties of Cu2ZnSnSe4 Solar Cells ( G. Brammertz,IMEC Belgium)

  • Sputtering bertahap dari Sn, Cu, dan Zn, kemudian di annealing dalam dengan aliran H2Se pada tmperatur 450 sampai 500C selama 5 sampai 30 menit
  • Divais terbaik didapat dengan , pada 450C selama 15 menit
  • Efisiensi total area 7.5% dan untuk active area 9.4%
  • KOmposisi Cu/(Zn+Sn)=0.78 dan Zn/Sn=1.28
  • Terdapat korelasi antara ratio Zn/Sn dan doping density. Kemungkinan karena adanya Zn atau Sn defect
  • Defect ini berpengaruh terhadap nilai Voc dan carrier lifetime
  • Selama sintesis, Zn dan Sn menguap
  • Umumnya selenisasi pada temperature rendah menghasilkan divais dengan efisiensi tinggi karena pengupan sangat dominan pada temperature tinggi

 

Compositional Dependence of Charge Carrier Transport inCZTS Solar Cells (J. Just, Helmholtz Zentrum Berlin, HZB, Germany)

  • Co-evaporation dari Cu, ZnS, Sn dan S
  • Tiga sampel dengan ratio yang berbeda disintesis, Cu-poor, sedikit Cu-poor, dan Cu-rich
  • Sampel dikarakterisasi dengan EBIC (Electron Beam Induced Current)
  • Sample dengan Cu-poor mempunyai space charge region yang paling lebar, skitar 200 nm
  • Divais dengan Cu-poor mempunyai efisiensi sebesar 5.2%, sedikit Cu-poor dengan 0.4%, dan Cu-rich dengan 0.64%
  • Keberadaan secondary phases dideteksi dengan XANES
  • Ratio Cu/Sn sangat penting diketuai untuk mengetahu pembentukan ZnS

 

High Performance CZTSSe: Device Physics and Material Challenges (O. Gunawan, IBM, USA)

  • Untuk sel surya CIGSe, efisiensi dengan menggunakan material berband gap lebih dari 1.1 eV biasanya menjadi berkurang. Namun untuk CZTSSe relative stabil terhadap band gap
  • Mereka mempunyai system solar simulator yang mengintegrasikan pengukuran I-V dan C-V
  • Problem paling utama dari sel surya CZTSSe yaitu rendahnya Voc (membutuhkan peningkatan ~50%), dan fill factor (membutuhkan peningkatan 20%). Untuk Jsc sudah sebanding dengan CIGSe (skitar ~2%)
  • CZTSSe mempunyai spike band alignment dengan CdS
  • Efisiensi dari CZTSSe kolaps pada pengkuruan suhu rendah dan frekuensi tinggi pada C-V
  • CZTSSe mempunyai konstanta dielektrik yang rendah sehingga melipatgandakan semua defect

 

Chalcogenide as PEC  material (Gaillardu, Univ. Hawaii)

  • Hibrid system dari chalcogenide dan amorphous silicon
  • Keuntungan: material dengan kualitas PV (arusfoto yang tinggi), sudah dalam fabrikasi missal, dan munkgin untuk alloying
  • CuGaSe 2 mempunyai band gap yang paling besar untuk CIGSe dengan 1.68 eV
  • Tantangan untuk tandem: band gap energy terlalu rendah, menghailkan photovoltage yang sangat rendah, dan VBM terlalu jauh dari potential oksidasi H2O
  • Dibutuhkan material dngan band gap 2.0 eV
  • Untuk material compound I-III-VI2, golongan III menentukan CBM dan golongan I-VI menentukan VBM
  • Sehingga mereka mengembangkan Cu(In,Ga)S2 dengan variasi band gap antara 2.0 eV sampai 2.4 eV
  • Dibanding CuGaSe2, CuGaS2 mempunyai kenaikan fotovoltage

Posted on April 3, 2013, in Laporan kunjungan and tagged , , , , , . Bookmark the permalink. Tinggalkan komentar.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: