Empa Mencapai Rekor Efisiensi 19.8% Untuk Penerangan Depan Dan 10.9% Untuk Penerangan Belakang Pada Sel Surya Bifacial CIGS

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

16 Desember 2022

Sel surya film tipis bifacial berdasarkan tembaga indium gallium diselenide (CIGS) dapat mengumpulkan energi matahari dari sisi depan dan belakang mereka - dan dengan demikian berpotensi menghasilkan lebih banyak listrik tenaga surya daripada rekan konvensional mereka. Namun, sejauh ini, pembuatannya hanya menghasilkan efisiensi konversi energi yang sederhana. Sebuah tim di Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa) kini telah mengembangkan proses produksi suhu rendah baru yang menghasilkan rekor efisiensi 19.8% untuk penerangan depan dan 10.9% untuk penerangan belakang. Selain itu, mereka juga memproduksi sel surya tandem bifacial perovskite-CIGS pertama, membuka kemungkinan hasil energi yang lebih tinggi di masa depan (SC Yang et al, 'Peningkatan efisiensi bifacial Cu(In,Ga)Se2 sel surya film tipis untuk aplikasi fleksibel dan tandem dengan proses suhu rendah berbantuan perak', Nature Energy (2022); 21 November).

Jika sinar matahari langsung maupun pantulannya (melalui sisi belakang sel surya) dapat dikumpulkan, ini akan meningkatkan hasil energi yang dihasilkan sel. Aplikasi potensialnya adalah, misalnya, fotovoltaik terintegrasi bangunan (BIPV), agrivoltaik – penggunaan area lahan secara bersamaan untuk pembangkit listrik fotovoltaik dan pertanian – dan modul surya yang dipasang secara vertikal atau miring tinggi di dataran tinggi. Menurut International Technology Roadmap of Photovoltaics, sel surya bifacial dapat merebut pangsa pasar sebesar 70% dari keseluruhan pasar fotovoltaik pada tahun 2030.

Meskipun sel surya bifacial berdasarkan wafer silikon sudah ada di pasaran, sel surya film tipis sejauh ini tertinggal. Hal ini, setidaknya sebagian, disebabkan oleh efisiensi sel surya film tipis CIGS bifacial yang agak rendah, yang disebabkan oleh masalah bottleneck kritis: Agar sel surya bifacial apa pun dapat mengumpulkan sinar matahari yang dipantulkan di sisi belakang, transparan secara optik kontak listrik adalah prasyarat. Hal ini dicapai dengan menggunakan oksida konduktif transparan (TCO) yang menggantikan kontak belakang buram konvensional – yaitu mono-facial – sel surya yang terbuat dari molibdenum.

Pembentukan oksida yang merugikan

Sel surya CIGS efisiensi tinggi umumnya diproduksi dengan proses pengendapan suhu tinggi, yaitu di atas 550°C. Namun, pada suhu ini, reaksi kimia terjadi antara galium (dari lapisan CIGS) dan oksigen dari kontak balik oksida konduktif transparan. Lapisan antarmuka galium oksida yang dihasilkan memblokir aliran arus yang dihasilkan sinar matahari dan dengan demikian mengurangi efisiensi konversi energi sel. Nilai tertinggi yang dicapai sejauh ini dalam satu sel adalah 9.0% untuk sisi depan dan 7.1% untuk sisi belakang. “Sangat sulit untuk mendapatkan efisiensi konversi energi yang baik untuk sel surya dengan kontak konduktor depan dan belakang yang transparan,” kata Ayodhya N. Tiwari, yang memimpin lab Film Tipis dan Fotovoltaik Empa.

Sel surya CIGS bifacial terdiri dari lapisan yang sangat tipis, total hanya 3µm untuk bahan aktif. Disimpan di atas kontak listrik transparan, lapisan polikristalin CIGS menyerap cahaya dari kedua sisi depan dan belakang. (Sumber EMPA.)

Gambar: Sel surya CIGS bifacial terdiri dari lapisan yang sangat tipis, total hanya 3µm untuk bahan aktif. Disimpan di atas kontak listrik transparan, lapisan polikristalin CIGS menyerap cahaya dari kedua sisi depan dan belakang. (Sumber EMPA.)

Jadi, mahasiswa PhD Shih-Chi Yang dalam kelompok Romain Carron di lab Tiwari mengembangkan proses pengendapan suhu rendah baru yang seharusnya menghasilkan lebih sedikit galium oksida yang merugikan – idealnya tidak ada sama sekali. Mereka menggunakan sejumlah kecil perak untuk menurunkan titik leleh paduan CIGS dan untuk mendapatkan lapisan penyerap dengan sifat elektronik yang baik hanya pada suhu pengendapan 350°C. Ketika mereka menganalisis struktur multi-lapisan dengan mikroskop elektron transmisi (TEM) beresolusi tinggi, dengan bantuan mantan pascadoktoral Tiwari Tzu-Ying Lin (saat ini di Universitas Nasional Tsing Hua di Taiwan), tim tidak dapat mendeteksi galium oksida apa pun di antarmuka sama sekali.

Menargetkan hasil energi lebih dari 33%

Hal ini juga tercermin dari peningkatan efisiensi konversi energi secara drastis: Sel menghasilkan nilai 19.8% untuk penerangan depan dan 10.9% untuk penerangan belakang yang telah disertifikasi secara independen oleh Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) di Freiburg, Jerman – dalam sel yang sama pada substrat kaca.

Tim juga berhasil membuat, untuk pertama kalinya, sel surya CIGS bifacial pada substrat polimer fleksibel, yang – karena bobotnya yang ringan dan fleksibilitasnya – memperluas spektrum aplikasi potensial.

Akhirnya, para peneliti menggabungkan dua teknologi fotovoltaik – CIGS dan sel surya perovskite – untuk menghasilkan sel tandem bifacial.

Menurut Tiwari, teknologi CIGS bifacial berpotensi menghasilkan efisiensi konversi energi lebih dari 33%, membuka peluang lebih lanjut untuk sel surya film tipis di masa depan. Tiwari sekarang mencoba membangun upaya kolaboratif dengan laboratorium dan perusahaan utama di seluruh Eropa untuk mempercepat pengembangan teknologi dan manufakturabilitas industrinya dalam skala yang lebih besar.

Tags: Empa CIGS fleksibel

Kunjungi: www.nature.com/articles/

Kunjungi: www.empa.ch