Strategia mająca na celu zwiększenie wydajności ogniw słonecznych z miedzi, indu i selenku galu

Do niedawna ogniwa słoneczne na bazie chalkopirytu osiągały maksymalną efektywność konwersji energii na poziomie 23,35%, jak podała w 2019 r. firma Solar Frontier, dawna firma zajmująca się energią słoneczną z siedzibą w Japonii. Jednak jak dotąd zwiększenie tej efektywności okazało się poważnym wyzwaniem.

Naukowcy z Uniwersytetu w Uppsali i Pierwszego Europejskiego Centrum Technologii Słonecznej AB (dawniej Evolar AB) w Szwecji osiągnęli niedawno o 23,64% wyższą wydajność w ogniwach słonecznych na bazie chalkopirytu. Ta wydajność, wspomniany W Energia naturyuzyskano przy użyciu dwóch podstawowych technik: stopów srebra o wysokim stężeniu i stromej klasyfikacji galu.

„Głównym celem naszego badania było zwiększenie wydajności cienkowarstwowych ogniw słonecznych opartych na CIGS, aby ostatecznie obniżyć cenę za wat odpowiednich modułów wielkoskalowych” – powiedział Phys Jan Keller, pierwszy autor artykułu . org. „W naszej pracy korzystamy z ustaleń wielu grup badawczych na całym świecie, uzyskanych w ciągu ostatnich dziesięcioleci”.

Jednym z wcześniejszych wysiłków badawczych, które zainspirowało tę publikację, był sukces stopowania srebra z selenkiem miedzi, indu i galu, co po raz pierwszy wykazała grupa badawcza w Japonii około dwie dekady temu. Ponadto badacze zainspirowali się badaniami sprzed 10 lat, które wykazały korzystne efekty stosowania w sorbentach ciężkich związków alkalicznych.

„Oprócz oparcia się na prawie 40 latach międzynarodowych badań nad chalkopirytowymi ogniwami słonecznymi, połączyliśmy cztery różne podejścia w celu poprawy wydajności” – wyjaśnił Keller. „W szczególności dodaliśmy do absorbera stosunkowo duże stężenie srebra, zastosowaliśmy profil głębokości galu przypominający kij hokejowy, zaprojektowaliśmy obróbkę po osadzaniu RbF dla kompozycji absorbera i poddaliśmy absorber przedłużonemu naświetlaniu”.

Łącząc te strategie projektowania i wytwarzania, Kellerowi i jego współpracownikom udało się ulepszyć mikrostrukturę CIGS, zmniejszając gęstość defektów i tłumiąc wahania pasma wzbronionego. Ponadto mogą pasywować powierzchnię absorbera w ogniwie słonecznym i zwiększać gęstość domieszkowania.

We wstępnych testach standardowe ogniwo słoneczne CIGS osiągnęło wysoką zewnętrzną wydajność promieniowania wynoszącą 1,6%, co skutkowało stosunkowo niskim deficytem napięcia w obwodzie otwartym. Warto zauważyć, że urządzenie osiągnęło najwyższą dotychczas sprawność odnotowaną w ogniwach słonecznych opartych na CIGS, a jego działanie zostało zewnętrzne certyfikowane przez niezależną instytucję Fraunhofer ISE (Niemcy).

„Udało nam się zwiększyć poprzednią standardową wydajność ogniw słonecznych opartych na CIGS z 23,35% (Solar Frontier, 2019, Japonia) do 23,64% (certyfikat zewnętrzny), co stanowi znaczną poprawę” – powiedział Keller. Do certyfikacji zewnętrznej maska ​​cieniowa (A=0,9 cm²) trzeba było skorzystać. Bez maski cieniującej w naszych laboratoriach zmierzyliśmy skuteczność na poziomie 23,75% (A=1,03 cm)²)).”

Najnowsza praca tego zespołu naukowców przedstawia obiecujący proces produkcyjny umożliwiający osiągnięcie wyższej wydajności ogniw słonecznych na bazie chalkopirytu. Wyniki te mogą posłużyć za podstawę do dalszych postępów w dziedzinie ogniw słonecznych, co może przyczynić się do ich powszechnego wdrożenia.

W swoim artykule Keller i współpracownicy przedstawiają szereg możliwych strategii zwiększania wydajności ogniw słonecznych na bazie chalkopirytu, których celem jest osiągnięcie sprawności przekraczającej 25%. Najprostsza z tych strategii polega na łagodzeniu strat wchłaniania przez pasożyty, co można osiągnąć na różne sposoby.

„Ostatecznie należy zmniejszyć gęstość defektów masy absorbera. Chociaż CIGS-PV jest bardziej stabilny niż obecne urządzenia perowskitowe o standardowej wydajności, powoduje znacznie wyższe straty w wyniku rekombinacji niepromienistej. Dlatego przyszłe badania skupią się na zamknięciu”. „Warstwa chalkopirytu jest lepsza w przypadku bardziej przezroczystych elektrod” – dodał Keller.

„A Najnowsze badanie przeprowadzone przez EMPA (Szwajcaria) Wykazano duży potencjał zastosowań dwustronnych, które wymagają wymiany tylnego styku aluminium na przezroczystą przewodzącą warstwę tlenku.