Empa saavutab kahepoolses CIGS-i päikesepatareis rekordiliselt 19.8% esivalgustuse ja 10.9% tagumise valgustuse efektiivsuse

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

16 detsember 2022

Vask-indiumgalliumdiseleniidil (CIGS) põhinevad kahepoolsed õhukese kilega päikesepatareid võivad koguda päikeseenergiat nii esi- kui ka tagaküljelt – ja seega potentsiaalselt toota päikeseenergiat rohkem kui nende tavapärased kolleegid. Seni on nende valmistamine aga toonud kaasa vaid tagasihoidliku energia muundamise efektiivsuse. Šveitsi föderaalse materjaliteaduse ja tehnoloogia labori (Empa) meeskond on nüüd välja töötanud uue madala temperatuuriga tootmisprotsessi, mille tulemuseks on rekordiline 19.8% esivalgustuse ja 10.9% tagumise valgustuse efektiivsus. Lisaks valmistasid nad ka esimese bifatsiaalse perovskiit-CIGS-i tandempäikesepatarei, mis avab võimaluse veelgi suuremaks energiasaagiks tulevikus (SC Yang et al, „Bifacial Cu (In, Ga) Se efektiivsuse suurendamine2 õhukese kilega päikesepatareid paindlikeks ja tandemrakendusteks hõbeda abil madala temperatuuriga protsessiga”, Nature Energy (2022); 21. novembril).

Kui nii otsest päikesevalgust kui ka selle peegeldust (päikesepatarei tagumise külje kaudu) on võimalik koguda, peaks see suurendama elemendi toodetava energia saagist. Võimalikud rakendused on näiteks hoonesse integreeritud fotogalvaanika (BIPV), agrogalvaanika – maa-alade samaaegne kasutamine nii fotogalvaanilise elektrienergia tootmiseks kui ka põllumajanduseks – ja vertikaalselt või suure kaldega paigaldatud päikesemoodulid kõrgel maapinnal. Rahvusvahelise fotogalvaanilise tehnoloogia tegevuskava kohaselt võivad kahepoolsed päikesepatareid 70. aastaks hõivata 2030% turuosa kogu fotogalvaanika turust.

Kuigi räniplaatidel põhinevad bifacial päikesepatareid on juba turul, on õhukese kilega päikesepatareid seni maha jäänud. See on vähemalt osaliselt tingitud bifatsiaalsete CIGS õhukese kilega päikesepatareide üsna madalast efektiivsusest, mis on põhjustatud kriitilisest kitsaskohaprobleemist: et iga bifatsiaalne päikesepatarei saaks koguda peegeldunud päikesevalgust tagaküljel, on optiliselt läbipaistev. elektriline kontakt on eeltingimus. See saavutatakse läbipaistva juhtiva oksiidi (TCO) abil, mis asendab läbipaistmatut tagakontakti tavalistes – st ühe näoga – molübdeenist päikesepatareides.

Kahjulik oksiidide moodustumine

Suure efektiivsusega CIGS-i päikesepatareisid toodetakse üldiselt kõrgtemperatuurilise sadestamise protsessiga, st temperatuuril üle 550 °C. Nendel temperatuuridel toimub aga keemiline reaktsioon (CIGS-i kihi) galliumi ja läbipaistva juhtiva oksiidi tagakontakti hapniku vahel. Saadud galliumoksiidi liideskiht blokeerib päikesevalguse tekitatud voolu voolu ja vähendab seega raku energia muundamise efektiivsust. Seni ühes lahtris saavutatud kõrgeimad väärtused on 9.0% esiküljel ja 7.1% tagaküljel. "Nii eesmise kui ka tagumise läbipaistvate juhtivate kontaktidega päikesepatareide jaoks on tõesti raske saavutada head energia muundamise efektiivsust," ütleb Ayodhya N. Tiwari, kes juhib Empa õhukeste kilede ja fotogalvaanika laborit.

Bifacial CIGS päikesepatareid koosnevad väga õhukestest kihtidest, kokku ainult 3 µm aktiivsete materjalide puhul. Läbipaistva elektrikontakti peale asetatud CIGS-i polükristalliline kiht neelab valgust nii esi- kui ka tagaküljelt. (EMPA loal.)

Pilt: Bifacial CIGS päikesepatareid koosnevad väga õhukestest kihtidest, kokku ainult 3 µm aktiivsete materjalide puhul. Läbipaistva elektrikontakti peale asetatud CIGS-i polükristalliline kiht neelab valgust nii esi- kui ka tagaküljelt. (EMPA loal.)

Niisiis töötas Tiwari laboris Romain Carroni rühmas töötav doktorant Shih-Chi Yang välja uue madala temperatuuriga sadestamisprotsessi, mis peaks tootma palju vähem kahjulikku galliumoksiidi – ideaaljuhul üldse mitte. Nad kasutasid väikest kogust hõbedat, et alandada CIGS-i sulami sulamistemperatuuri ja saada heade elektrooniliste omadustega absorbeerivad kihid kõigest 350 °C sadestustemperatuuril. Kui nad analüüsisid Tiwari endise järeldoktori Tzu-Ying Lini (praegu Taiwani riiklikus Tsing Hua ülikoolis) abiga kõrglahutusega transmissioonelektronmikroskoopia (TEM) mitmekihilist struktuuri, ei suutnud meeskond tuvastada galliumoksiidi. liides üldse.

Eesmärgiks saada rohkem kui 33% energiasaagist

Seda peegeldas ka drastiliselt paranenud energia muundamise efektiivsus: element andis 19.8% esivalgustuse ja 10.9% tagavalgustuse väärtused, mille oli sõltumatult sertifitseerinud Fraunhoferi päikeseenergiasüsteemide instituut (ISE) Saksamaal Freiburgis. sama rakk klaasalusel.

Samuti õnnestus meeskonnal esimest korda valmistada painduval polümeersubstraadil bifacial CIGS päikesepatarei, mis tänu oma kergele kaalule ja paindlikkusele avardab potentsiaalsete rakenduste spektrit.

Lõpuks ühendasid teadlased kaks fotogalvaanilist tehnoloogiat – CIGS ja perovskiit-päikesepatareid –, et toota bifacial tandemelement.

Tiwari sõnul võib bifacial CIGS-tehnoloogia anda energia muundamise efektiivsust üle 33%, mis avab tulevikus täiendavaid võimalusi õhukese kilega päikesepatareide jaoks. Tiwari üritab nüüd luua koostööd peamiste laborite ja ettevõtetega kogu Euroopas, et kiirendada tehnoloogia arengut ja selle tööstuslikku valmistatavust suuremas ulatuses.

Sildid: empa Paindlik CIGS

Külasta: www.nature.com/articles/

Külasta: www.empa.ch