Koper, zink, tin, zwavel, triëthyleenglycol en plastic slangetjes leveren samen een goedkope vervanger op voor het koper-indium-gallium-diselenide dat nu nog wordt gebruikt in dunnefilmzonnecellen. Het recept is zojuist door onderzoekers van Oregon State University gepubliceerd in Materials Letters.

De eerste vier componenten moeten samen uitkristalliseren tot nanodeeltjes van koper-zink-tinsulfide (CZTS, Cu₂ZnSnS₄). Die verbinding is qua elektronische eigenschappen vergelijkbaar met koper-indium-gallium-diselenide (CIGS). Het verschil is dat tin en zink respectievenlijk goedkoop en spotgoedkoop zijn, terwijl indium en gallium steeds schaarser en duurder worden.

Tot nu toe lukte het echter niet om grote hoeveelheden CZTS-nanokristallen te produceren. En daarbij komennu de slangetjes om de hoek kijken. De onderzoekers spreken van een ‘meso-fluidic continuous flow reactor’ en voor commerciële productie kun je er ongetwijfeld een professioneel ogend apparaat van maken. Maar de publicatie verraadt dat het prototype voornamelijk bestaat uit een lang stuk PFA-fluorpolymeerslang en een korter eindje van PEEK-polyetherketon. Bovendien komen er een slangenpomp, een T-stukje, een verwarmd oliebad en een ijsbad aan te pas.

Het ethyleenglycol, veredeld antivries, blijkt een prima oplosmiddel voor koper(1)chloride, zinkchloride, tinchloridepentahydraat en thioacetamide (C₂H₅NS). De mix, die alle benodigde ionen bevat, pomp je continu door de slangetjes. Door met verblijftijden en badtemperatureen te spelen bereik je dat de juiste kristallen ontstaan.

Dat door diverse reacties gasbellen zullen ontstaan is volgens de auteurs alleen maar een voordeel, omdat het voorkomt dat sommige delen van de vloeistof sneller stromen dan de rest.

Er komen kristallen uit met diameters vanenkele tientallen naometer, die bruikbaar zouden moeten zijn voor zonnepanelen. Eventueel kun je het zwavel nog vervangen door seleen, door verhitting tot 500 graden Celsius in een seleenhoudende atmosfeer.

Om er echt een grootschalig productieproces van te maken, is nog wel wat werk nodig.

bron: OSU