News: Fotowoltaika
16 grudnia 2022
Dwustronne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne oparte na diselenku miedziowo-indowo-galowym (CIGS) mogą zbierać energię słoneczną zarówno z przedniej, jak i tylnej strony, a tym samym potencjalnie wytwarzać więcej energii słonecznej niż ich konwencjonalne odpowiedniki. Jak dotąd jednak ich produkcja doprowadziła do jedynie niewielkiej wydajności konwersji energii. Zespół Szwajcarskich Federalnych Laboratoriów Nauki o Materiałach i Technologii (Empa) opracował nowy proces produkcji w niskich temperaturach, który zapewnia rekordową wydajność 19.8% w przypadku oświetlenia przedniego i 10.9% w przypadku oświetlenia tylnego. Co więcej, wyprodukowali również pierwsze dwustronne tandemowe ogniwo słoneczne perowskit-CIGS, otwierając możliwość jeszcze wyższych uzysków energii w przyszłości (SC Yang i in., „Efficiency boost of bifacial Cu(In,Ga)Se2 cienkowarstwowe ogniwa słoneczne do zastosowań elastycznych i tandemowych z niskotemperaturowym procesem wspomaganym srebrem”, Nature Energy (2022); 21 listopada).
Jeśli można zebrać zarówno bezpośrednie światło słoneczne, jak i jego odbicie (przez tylną stronę ogniwa słonecznego), powinno to zwiększyć wydajność energii wytwarzanej przez ogniwo. Potencjalne zastosowania to na przykład fotowoltaika zintegrowana z budynkiem (BIPV), rolnictwo – jednoczesne wykorzystanie obszarów gruntów zarówno do wytwarzania energii fotowoltaicznej, jak i rolnictwa – oraz moduły fotowoltaiczne instalowane pionowo lub pod dużym kątem na dużych wysokościach. Zgodnie z International Technology Roadmap of Photovoltaics, dwustronne ogniwa fotowoltaiczne mogą do 70 r. zdobyć udział w rynku wynoszący 2030% całego rynku fotowoltaiki.
Chociaż dwustronne ogniwa słoneczne oparte na płytkach krzemowych są już dostępne na rynku, cienkowarstwowe ogniwa słoneczne jak dotąd pozostają w tyle. Jest to, przynajmniej częściowo, spowodowane raczej niską wydajnością dwustronnych cienkowarstwowych ogniw słonecznych CIGS, spowodowaną krytycznym problemem wąskiego gardła: aby każde dwustronne ogniwo słoneczne mogło zbierać odbite światło słoneczne z tyłu, optycznie przezroczysta kontakt elektryczny jest warunkiem wstępnym. Osiąga się to za pomocą przezroczystego tlenku przewodzącego (TCO), który zastępuje nieprzezroczysty styk tylny w konwencjonalnych – tj. jednofazowych – ogniwach słonecznych wykonanych z molibdenu.
Tworzenie szkodliwych tlenków
Wysokowydajne ogniwa słoneczne CIGS są zazwyczaj wytwarzane w procesie osadzania w wysokiej temperaturze, tj. powyżej 550°C. Jednak w tych temperaturach zachodzi reakcja chemiczna między galem (warstwy CIGS) a tlenem przezroczystego przewodzącego styku tylnego tlenku. Powstała warstwa pośrednia z tlenku galu blokuje przepływ prądu generowanego przez światło słoneczne, a tym samym zmniejsza wydajność konwersji energii w ogniwie. Najwyższe wartości osiągnięte do tej pory w pojedynczej komórce to 9.0% dla strony przedniej i 7.1% dla strony tylnej. „Naprawdę trudno jest uzyskać dobrą wydajność konwersji energii dla ogniw słonecznych z przezroczystymi stykami przewodzącymi zarówno z przodu, jak iz tyłu”, mówi Ayodhya N. Tiwari, który kieruje laboratorium cienkich warstw i fotowoltaiki Empa.
Zdjęcie: Dwustronne ogniwa słoneczne CIGS składają się z bardzo cienkich warstw, łącznie tylko 3 µm dla materiałów aktywnych. Umieszczona na wierzchu przezroczystego styku elektrycznego warstwa polikrystaliczna CIGS pochłania światło zarówno z przodu, jak iz tyłu. (Dzięki uprzejmości EMPA.)
Tak więc doktorant Shih-Chi Yang w grupie Romain Carron w laboratorium Tiwari opracował nowy proces osadzania w niskiej temperaturze, który powinien wytwarzać znacznie mniej szkodliwego tlenku galu - najlepiej wcale. Użyli niewielkiej ilości srebra, aby obniżyć temperaturę topnienia stopu CIGS i uzyskać warstwy absorbera o dobrych właściwościach elektronicznych w temperaturze osadzania zaledwie 350°C. Kiedy przeanalizowali wielowarstwową strukturę za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) o wysokiej rozdzielczości, z pomocą byłego doktora Tiwari, Tzu-Ying Lin (obecnie na National Tsing Hua University na Tajwanie), zespół nie był w stanie wykryć żadnego tlenku galu w interfejs w ogóle.
Ukierunkowanie na uzysk energii powyżej 33%
Znalazło to również odzwierciedlenie w radykalnej poprawie wydajności konwersji energii: ogniwo uzyskało wartości 19.8% dla oświetlenia przedniego i 10.9% dla oświetlenia tylnego, które zostały niezależnie certyfikowane przez Instytut Systemów Energii Słonecznej Fraunhofera (ISE) we Freiburgu w Niemczech – w ta sama komórka na szklanym podłożu.
Zespołowi udało się również po raz pierwszy wyprodukować dwustronne ogniwo słoneczne CIGS na elastycznym podłożu polimerowym, które – dzięki swojej lekkości i elastyczności – poszerza spektrum potencjalnych zastosowań.
Na koniec naukowcy połączyli dwie technologie fotowoltaiczne – CIGS i perowskitowe ogniwa słoneczne – w celu wytworzenia dwustronnego ogniwa tandemowego.
Według Tiwari, dwustronna technologia CIGS może zapewnić wydajność konwersji energii przekraczającą 33%, otwierając dalsze możliwości dla cienkowarstwowych ogniw słonecznych w przyszłości. Tiwari próbuje teraz nawiązać współpracę z kluczowymi laboratoriami i firmami w całej Europie, aby przyspieszyć rozwój technologii i jej przemysłową produkcję na większą skalę.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/empa-161222.shtml
- 10
- 10.9%
- 2022
- 7
- 9
- a
- Zdolny
- powyżej
- Stosownie
- osiągnięty
- w poprzek
- aktywny
- rolnictwo
- Wszystkie kategorie
- Stop
- już
- ilość
- i
- aplikacje
- obszary
- z powrotem
- na podstawie
- za
- pomiędzy
- Poza
- Bloki
- podnieść
- zdobyć
- powodowany
- Komórki
- Dyplomowani
- chemiczny
- współpracy
- zbierać
- połączony
- Firmy
- prowadzenia
- skontaktuj się
- łączność
- Konwencjonalny
- Konwersja
- Miedź
- mógłby
- krytyczny
- Aktualny
- Obecnie
- grudzień
- zdeponowany
- rozwinięty
- oprogramowania
- trudny
- kierować
- drastycznie
- efektywność
- efektywność
- wysiłek
- elektryczność
- Elektroniczny
- energia
- zapewniają
- Europie
- Parzyste
- przykład
- Federalny
- Film
- i terminów, a
- pierwszy raz
- Elastyczność
- elastyczne
- pływ
- Dawny
- od
- z przodu
- dalej
- przyszłość
- ogólnie
- generacja
- Niemcy
- szkło
- dobry
- Ziemia
- Zarządzanie
- pomoc
- wysoka rozdzielczość
- wyższy
- Najwyższa
- Jednak
- HTTPS
- ulepszony
- in
- Zwiększać
- niezależnie
- przemysłowy
- Instytut
- Interfejs
- na świecie
- Klawisz
- laboratorium
- Labs
- Kraj
- większe
- warstwa
- Wyprowadzenia
- Doprowadziło
- lekki
- niski
- zrobiony
- rynek
- materiały
- Mikroskopia
- Moduły
- jeszcze
- narodowy
- Natura
- Nowości
- listopad
- otwarcie
- Szanse
- ogólny
- Tlen
- część
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- punkt
- możliwość
- potencjał
- potencjalnie
- power
- Problem
- wygląda tak
- produkować
- Wytworzony
- Produkcja
- niska zabudowa
- reakcja
- rekord
- zmniejsza
- odzwierciedlenie
- refleksja
- Badacze
- wynikły
- mapa drogowa
- taki sam
- Skala
- nauka
- Nauka i technika
- Share
- powinien
- Strony
- Krzem
- Srebro
- pojedynczy
- So
- dotychczas
- słoneczny
- Ogniwa słoneczne
- energia słoneczna
- Widmo
- Struktura
- student
- światło słoneczne
- Szwajcarski
- systemy
- Tajwan
- Tandem
- zespół
- Technologies
- Technologia
- Rozwój technologii
- Połączenia
- ich
- czas
- do
- Top
- Kwota produktów:
- przezroczysty
- uniwersytet
- posługiwać się
- Wartości
- przez
- waga
- który
- KIM
- Wydajność
- plony
- zefirnet