Empa, 양면 CIGS 태양전지에서 전면 조명 효율 19.8%, 후면 조명 효율 10.9% 달성

플라톤에 의해 재발행

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16 12월 2022

구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS)를 기반으로 하는 양면 박막 태양 전지는 전면과 후면 모두에서 태양 에너지를 수집할 수 있으므로 잠재적으로 기존 제품보다 더 많은 태양 전기를 생산할 수 있습니다. 그러나 지금까지 그들의 제조는 약간의 에너지 전환 효율만을 가져왔다. 재료 과학 및 기술을 위한 스위스 연방 연구소(Empa)의 팀은 이제 새로운 저온 생산 공정을 개발하여 전면 조명의 경우 19.8%, 후면 조명의 경우 10.9%의 효율성을 기록했습니다. 또한, 그들은 또한 최초의 양면 페로브스카이트-CIGS 탠덤 태양 전지를 생산하여 미래에 훨씬 더 높은 에너지 수율의 가능성을 열었습니다(SC Yang et al, 'Efficiency boost of bifacial Cu(In,Ga)Se).2 은 보조 저온 공정을 사용한 유연한 직렬 응용 분야를 위한 박막 태양 전지', Nature Energy(2022); 21월 XNUMX일).

직사광선과 반사광(태양전지 뒷면을 통해)을 모두 모을 수 있다면 전지가 생산하는 에너지 수율이 높아질 것입니다. 잠재적인 응용 분야는 예를 들어 건물 일체형 광전지(BIPV), 농업(태양광 발전과 농업 모두를 위한 토지 영역의 동시 사용), 고지대에 수직으로 또는 높은 경사로 설치된 태양광 모듈입니다. International Technology Roadmap of Photovoltaics에 따르면, 양면 태양전지는 70년까지 전체 태양광 시장의 2030%의 시장 점유율을 차지할 수 있습니다.

실리콘 웨이퍼를 기반으로 한 양면 태양 전지가 이미 시장에 나와 있지만 박막 태양 전지는 아직 뒤처져 있습니다. 이것은 적어도 부분적으로 중요한 병목 현상 문제로 인해 발생하는 양면 CIGS 박막 태양 전지의 효율이 다소 낮기 때문입니다. 전기 접촉은 전제 조건입니다. 이는 몰리브덴으로 만들어진 기존의 태양 전지(즉, 단면)에서 불투명 후면 접점을 대체하는 투명 전도성 산화물(TCO)을 사용하여 달성됩니다.

해로운 산화물 형성

고효율 CIGS 태양전지는 일반적으로 550°C 이상의 고온 증착 공정으로 생산됩니다. 그러나 이러한 온도에서는 (CIGS 층의) 갈륨과 투명 전도성 산화물 후면 접촉의 산소 사이에서 화학 반응이 발생합니다. 생성된 산화갈륨 계면층은 태양광에서 생성되는 전류의 흐름을 차단하여 전지의 에너지 변환 효율을 감소시킨다. 단일 셀에서 지금까지 달성한 최고 값은 전면 9.0%, 후면 7.1%입니다. Empa의 박막 및 태양전지 연구실을 이끌고 있는 Ayodhya N. Tiwari는 “전면 및 후면 투명 전도성 접점이 있는 태양 전지에 대해 우수한 에너지 전환 효율을 갖는 것은 정말 어렵습니다.

양면 CIGS 태양 전지는 매우 얇은 층으로 구성되어 있으며 활성 물질의 경우 총 3µm에 불과합니다. 투명 전기 접점 위에 증착된 CIGS 다결정 층은 전면과 후면 모두에서 빛을 흡수합니다. (EMPA 제공)

사진: 양면 CIGS 태양 전지는 매우 얇은 층으로 구성되어 있으며 활성 물질의 경우 총 3µm에 불과합니다. 투명 전기 접점 위에 증착된 CIGS 다결정 층은 전면과 후면 모두에서 빛을 흡수합니다. (EMPA 제공)

그래서 Tiwari 연구실의 Romain Carron 그룹의 PhD 학생인 Shih-Chi Yang은 유해한 산화 갈륨을 훨씬 적게 생성하는 새로운 저온 증착 공정을 개발했습니다. 그들은 CIGS 합금의 융점을 낮추고 단지 350°C의 증착 온도에서 우수한 전자 특성을 가진 흡수층을 얻기 위해 소량의 은을 사용했습니다. 고해상도 투과 전자 현미경(TEM)으로 다층 구조를 분석했을 때 Tiwari의 전 박사후 연구원인 Tzu-Ying Lin(현재 대만 국립 칭화 대학)의 도움을 받아 팀은 산화 갈륨을 검출할 수 없었습니다. 전혀 인터페이스.

에너지 수율 33% 이상 목표

이는 에너지 전환 효율이 크게 개선된 것에도 반영되었습니다. 전면 조명에서 19.8%, 후면 조명에서 10.9%의 값을 얻었으며 이는 독일 프라이부르크에 있는 Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems(ISE)에서 독립적으로 인증했습니다. 유리 기판의 동일한 셀.

또한 팀은 가벼운 무게와 유연성으로 인해 잠재적 응용 분야의 스펙트럼을 넓히는 유연한 폴리머 기판에 양면 CIGS 태양 전지를 처음으로 제작하는 데 성공했습니다.

마지막으로 연구원들은 CIGS와 페로브스카이트 태양 전지라는 두 가지 광전지 기술을 결합하여 양면 탠덤 전지를 생산했습니다.

Tiwari에 따르면, 양면 CIGS 기술은 33% 이상의 에너지 변환 효율을 낼 수 있는 잠재력을 가지고 있어 미래에 박막 태양 전지에 대한 더 많은 기회를 열어줍니다. Tiwari는 이제 유럽 전역의 주요 연구실 및 회사와 협력하여 기술 개발 및 대규모 산업 제조 가능성을 촉진하기 위해 노력하고 있습니다.

태그 : 엠파 유연한 CIGS

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