Empa بازدهی رکورد 19.8% برای روشنایی جلو و 10.9% برای روشنایی عقب در سلول خورشیدی CIGS دو وجهی را به دست آورده است.

اخبار: فتوولتائیک

16 دسامبر 2022

سلول های خورشیدی لایه نازک دو وجهی مبتنی بر مس ایندیم گالیوم دیزلنید (CIGS) می توانند انرژی خورشیدی را از سمت جلو و عقب خود جمع آوری کنند - و بنابراین به طور بالقوه برق خورشیدی بیشتری نسبت به همتایان معمولی خود تولید می کنند. با این حال، تا کنون، ساخت آنها تنها به بازده تبدیل انرژی متوسطی منجر شده است. تیمی در آزمایشگاه فدرال علوم و فناوری مواد سوئیس (Empa) اکنون یک فرآیند جدید تولید در دمای پایین ایجاد کرده‌اند که منجر به راندمان 19.8٪ برای روشنایی جلو و 10.9٪ برای روشنایی عقب شده است. علاوه بر این، آنها همچنین اولین سلول خورشیدی پشت سر هم پروسکایت دو وجهی-CIGS را تولید کردند که امکان بازده انرژی حتی بالاتر را در آینده باز می کند (SC Yang و همکاران، 'افزایش کارایی مس (In,Ga)Se دو وجهی2 سلول های خورشیدی لایه نازک برای کاربردهای انعطاف پذیر و پشت سر هم با فرآیند دمای پایین به کمک نقره، انرژی طبیعت (2022)؛ 21 نوامبر).

اگر بتوان هم نور مستقیم خورشید و هم انعکاس آن (از طریق قسمت پشتی سلول خورشیدی) را جمع آوری کرد، این باید بازده انرژی تولید شده توسط سلول را افزایش دهد. کاربردهای بالقوه عبارتند از، برای مثال، فتوولتائیک یکپارچه در ساختمان (BIPV)، agrivoltaics - استفاده همزمان از مناطق زمین برای تولید برق فتوولتائیک و کشاورزی - و ماژول های خورشیدی نصب شده به صورت عمودی یا شیب زیاد در زمین های با ارتفاع بالا. طبق نقشه راه فناوری بین المللی فتوولتائیک، سلول های خورشیدی دو وجهی می توانند تا سال 70 سهم بازار 2030 درصد از کل بازار فتوولتائیک را به خود اختصاص دهند.

اگرچه سلول‌های خورشیدی دو وجهی مبتنی بر ویفرهای سیلیکونی در حال حاضر در بازار هستند، سلول‌های خورشیدی لایه نازک تا کنون عقب مانده‌اند. این حداقل تا حدی به دلیل راندمان نسبتاً پایین سلول های خورشیدی لایه نازک CIGS دو وجهی است که به دلیل یک مشکل مهم گلوگاه ایجاد می شود: برای هر سلول خورشیدی دو وجهی که بتواند نور خورشید منعکس شده را در سمت عقب جمع کند، یک شفاف نوری شفاف است. تماس الکتریکی یک پیش نیاز است. این امر با استفاده از یک اکسید رسانای شفاف (TCO) که جایگزین تماس مات پشتی در سلول های خورشیدی معمولی - یعنی تک صورت - ساخته شده از مولیبدن می شود، به دست می آید.

تشکیل اکسید مضر

سلول های خورشیدی CIGS با راندمان بالا عموماً با فرآیند رسوب گذاری در دمای بالا، یعنی بالای 550 درجه سانتی گراد تولید می شوند. با این حال، در این دماها، یک واکنش شیمیایی بین گالیم (لایه CIGS) و اکسیژن تماس برگشتی اکسید رسانای شفاف رخ می دهد. لایه رابط اکسید گالیوم به دست آمده، جریان جریان تولید شده توسط نور خورشید را مسدود می کند و در نتیجه راندمان تبدیل انرژی سلول را کاهش می دهد. بالاترین مقادیری که تاکنون در یک سلول به دست آمده است 9.0 درصد برای سمت جلو و 7.1 درصد برای سمت عقب است. Ayodhya N. Tiwari، سرپرست آزمایشگاه فیلم نازک و فتوولتائیک Empa، می‌گوید: «داشتن راندمان تبدیل انرژی خوب برای سلول‌های خورشیدی با تماس‌های رسانای شفاف جلو و عقب واقعاً دشوار است.

تصویر: سلول‌های خورشیدی CIGS دو وجهی از لایه‌های بسیار نازکی تشکیل شده‌اند که در مجموع برای مواد فعال تنها 3 میکرومتر است. لایه پلی کریستالی CIGS که در بالای یک تماس الکتریکی شفاف قرار گرفته است، نور را از دو طرف جلو و عقب جذب می کند. (با اجازه EMPA.)

بنابراین، دانشجوی دکترای شیه چی یانگ در گروه رومن کارون در آزمایشگاه تیواری، فرآیند رسوب گذاری در دمای پایین جدیدی را توسعه داد که باید اکسید گالیوم مضر بسیار کمتری تولید کند – در حالت ایده آل اصلاً هیچ. آنها از مقدار کمی نقره برای پایین آوردن نقطه ذوب آلیاژ CIGS و به دست آوردن لایه های جاذب با خواص الکترونیکی خوب در دمای رسوب 350 درجه سانتی گراد استفاده کردند. هنگامی که آنها ساختار چند لایه را با میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا (TEM)، با کمک Tzu-Ying Lin فوق دکترای سابق تیواری (در حال حاضر در دانشگاه ملی Tsing Hua در تایوان) تجزیه و تحلیل کردند، تیم نتوانست هیچ اکسید گالیوم را در رابط اصلا

هدف گذاری بازده انرژی بیش از 33 درصد

این نیز با بهبود چشمگیر راندمان تبدیل انرژی منعکس شد: سلول دارای مقادیر 19.8 درصد برای روشنایی جلو و 10.9 درصد برای روشنایی عقب بود که به طور مستقل توسط مؤسسه Fraunhofer برای سیستم‌های انرژی خورشیدی (ISE) در فرایبورگ، آلمان - در آلمان تأیید شده بود. همان سلول روی یک بستر شیشه ای.

این تیم همچنین برای اولین بار موفق به ساخت یک سلول خورشیدی CIGS دو وجهی بر روی یک بستر پلیمری انعطاف پذیر شد که - به دلیل وزن سبک و انعطاف پذیری آنها - طیف کاربردهای بالقوه را گسترش می دهد.

در نهایت، محققان دو فناوری فتوولتائیک - CIGS و سلول‌های خورشیدی پروسکایت - را برای تولید یک سلول پشت سر هم دو وجهی ترکیب کردند.

به گفته Tiwari، فناوری CIGS دو وجهی این پتانسیل را دارد که بازده تبدیل انرژی را بیش از 33 درصد به ارمغان آورد، فرصت‌های بیشتری را برای سلول‌های خورشیدی لایه نازک در آینده باز می‌کند. Tiwari اکنون در تلاش است تا تلاشی مشترک با آزمایشگاه‌ها و شرکت‌های کلیدی در سراسر اروپا برای تسریع توسعه فناوری و تولید صنعتی آن در مقیاس بزرگ‌تر ایجاد کند.

برچسب ها: امپراطور سیگ های انعطاف پذیر

بازدید: www.nature.com/articles/

بازدید: www.empa.ch

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/empa-161222.shtml