Empa は、両面 CIGS 太陽電池の前面照明で 19.8%、背面照明で 10.9% という記録的な効率を達成

プラトン再発行

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２０１８年１２月２７日

銅インジウムガリウムジセレン化物 (CIGS) をベースとする両面薄膜太陽電池は、前面と背面の両方から太陽エネルギーを収集できるため、従来の対応物よりも多くの太陽エネルギーを生み出す可能性があります。しかし、これまでのところ、それらの製造は控えめなエネルギー変換効率しかもたらしていません。スイス連邦材料科学技術研究所 (Empa) のチームは、前面照明で 19.8%、背面照明で 10.9% という記録的な効率を実現する新しい低温製造プロセスを開発しました。さらに、彼らはまた、最初の両面ペロブスカイト-CIGS タンデム太陽電池も製造し、将来さらに高いエネルギー収率の可能性を切り開きました (SC Yang et al, 'Efficiency boost of bifacial Cu(In,Ga)Se2 銀支援低温プロセスによるフレキシブルおよびタンデム用途向けの薄膜太陽電池'、Nature Energy (2022); 21月XNUMX日）。

直射日光とその反射 (太陽電池の裏側を介して) の両方を収集できれば、電池が生成するエネルギーの収量が増加するはずです。潜在的なアプリケーションは、例えば、建物一体型太陽光発電 (BIPV)、アグリボルタ (太陽光発電と農業の両方に土地を同時に使用)、高地に垂直または高傾斜で設置された太陽電池モジュールなどです。太陽光発電の国際技術ロードマップによると、両面太陽電池は、70 年までに太陽光発電市場全体の 2030% の市場シェアを獲得する可能性があります。

シリコンウェーハをベースにした両面太陽電池はすでに市場に出ていますが、薄膜太陽電池はこれまでのところ遅れをとっています。これは、少なくとも部分的には、重大なボトルネック問題によって引き起こされる両面 CIGS 薄膜太陽電池の効率がかなり低いためです。電気的接触が前提条件です。これは、モリブデン製の従来型（片面型）太陽電池の不透明なバックコンタクトに代わる透明導電性酸化物（TCO）を使用することによって実現されます。

有害な酸化物の形成

高効率の CIGS 太陽電池は、一般に、550°C 以上の高温堆積プロセスによって製造されます。しかし、これらの温度では、(CIGS 層の) ガリウムと透明導電性酸化物バックコンタクトの酸素との間で化学反応が発生します。結果として生じる酸化ガリウム界面層は、太陽光で生成された電流の流れを遮断し、セルのエネルギー変換効率を低下させます。単一セルでこれまでに達成された最高値は、フロント側で 9.0%、リア側で 7.1% です。 Empa の薄膜および太陽光発電ラボを率いる Ayodhya N. Tiwari は、次のように述べています。

両面 CIGS 太陽電池は非常に薄い層で構成されており、活物質の合計はわずか 3 μm です。透明な電気接点の上に堆積された CIGS 多結晶層は、前面と背面の両方から光を吸収します。 (EMPA 提供)

写真: 両面 CIGS 太陽電池は非常に薄い層で構成されており、活物質の合計はわずか 3 μm です。透明な電気接点の上に堆積された CIGS 多結晶層は、前面と背面の両方から光を吸収します。 (EMPA 提供)

そこで、Tiwari の研究室の Romain Carron のグループに所属する PhD の学生 Shih-Chi Yang は、有害な酸化ガリウムの生成を大幅に削減する新しい低温堆積プロセスを開発しました。彼らは、CIGS 合金の融点を下げるために微量の銀を使用し、わずか 350°C の堆積温度で良好な電子特性を備えた吸収層を得ました。 Tiwari の元ポスドクである Tzu-Ying Lin (現在は台湾の国立清華大学) の助けを借りて、高解像度透過型電子顕微鏡 (TEM) で多層構造を分析したところ、チームはまったくインターフェイス。