Empa достигает рекордной эффективности 19.8% для передней подсветки и 10.9% для задней подсветки в двустороннем солнечном элементе CIGS.

Новости: Фотоэлементы

16 декабря 2022

Двусторонние тонкопленочные солнечные элементы на основе диселенида меди, индия и галлия (CIGS) могут собирать солнечную энергию как с передней, так и с задней стороны – и, таким образом, потенциально производить больше солнечной электроэнергии, чем их традиционные аналоги. Однако до сих пор их изготовление приводило лишь к скромной эффективности преобразования энергии. Команда Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) разработала новый низкотемпературный производственный процесс, обеспечивающий рекордную эффективность 19.8% для переднего освещения и 10.9% для заднего освещения. Более того, они также произвели первый двусторонний тандемный солнечный элемент перовскит-CIGS, открыв возможность еще более высокого выхода энергии в будущем (SC Yang et al, «Повышение эффективности двустороннего Cu(In,Ga)Se»2 тонкопленочные солнечные элементы для гибкого и тандемного применения с использованием низкотемпературного процесса с использованием серебра», Nature Energy (2022); 21 ноября).

Если можно собирать как прямой солнечный свет, так и его отражение (через заднюю часть солнечного элемента), это должно увеличить выход энергии, производимой элементом. Потенциальными применениями являются, например, встроенные в здания фотоэлектрические системы (BIPV), агровольтаика (одновременное использование участков земли как для производства фотоэлектрической энергии, так и для сельского хозяйства), а также солнечные модули, установленные вертикально или с большим наклоном на большой высоте. Согласно Международной технологической дорожной карте фотоэлектрической энергии, двусторонние солнечные элементы могут занять 70% рынка фотоэлектрической энергии к 2030 году.

Хотя двусторонние солнечные элементы на основе кремниевых пластин уже присутствуют на рынке, тонкопленочные солнечные элементы пока отстают. Это, по крайней мере частично, связано с довольно низкой эффективностью двусторонних тонкопленочных солнечных элементов CIGS, вызванной критической проблемой узкого места: для того, чтобы любой двусторонний солнечный элемент мог собирать отраженный солнечный свет на задней стороне, оптически прозрачный Электрический контакт является обязательным условием. Это достигается за счет использования прозрачного проводящего оксида (TCO), который заменяет непрозрачный задний контакт в обычных – то есть односторонних – солнечных элементах из молибдена.

Вредное образование оксидов

Высокоэффективные солнечные элементы CIGS обычно производятся методом высокотемпературного осаждения, т.е. выше 550°C. Однако при этих температурах происходит химическая реакция между галлием (слоя CIGS) и кислородом заднего контакта прозрачного проводящего оксида. Образующийся интерфейсный слой оксида галлия блокирует поток тока, генерируемого солнечным светом, и, таким образом, снижает эффективность преобразования энергии элемента. Наивысшие значения, достигнутые на данный момент в одной ячейке, составляют 9.0% для передней стороны и 7.1% для задней стороны. «Очень сложно добиться хорошей эффективности преобразования энергии для солнечных элементов как с передними, так и с задними прозрачными проводящими контактами», — говорит Айодхья Н. Тивари, руководитель лаборатории тонких пленок и фотогальваники компании Empa.

Фото: Двусторонние солнечные элементы CIGS состоят из очень тонких слоев, общая толщина активных материалов всего 3 мкм. Поликристаллический слой CIGS, нанесенный поверх прозрачного электрического контакта, поглощает свет как с передней, так и с задней стороны. (С разрешения EMPA.)

Итак, аспирант Ши-Чи Янг в группе Ромена Каррона в лаборатории Тивари разработал новый процесс низкотемпературного осаждения, который должен производить гораздо меньше вредного оксида галлия – в идеале вообще не производить его. Они использовали небольшое количество серебра, чтобы снизить температуру плавления сплава CIGS и получить поглощающие слои с хорошими электронными свойствами при температуре осаждения всего лишь 350°C. Когда они проанализировали многослойную структуру с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ) с помощью бывшего постдока Тивари Цзы-Ин Линя (в настоящее время работает в Национальном университете Цин Хуа на Тайване), команда не смогла обнаружить оксид галлия на поверхности. интерфейс вообще.

Нацеленность на выход энергии более 33%

Это также нашло отражение в значительно улучшенной эффективности преобразования энергии: элемент показал значения 19.8% для переднего освещения и 10.9% для заднего освещения, что было независимо сертифицировано Институтом солнечных энергетических систем Фраунгофера (ISE) во Фрайбурге, Германия – в та же самая клетка на стеклянной подложке.

Команде также удалось впервые изготовить двусторонний солнечный элемент CIGS на гибкой полимерной подложке, которая благодаря легкому весу и гибкости расширяет спектр потенциальных применений.

Наконец, исследователи объединили две фотоэлектрические технологии — CIGS и перовскитные солнечные элементы — для создания двустороннего тандемного элемента.

По словам Тивари, двусторонняя технология CIGS потенциально может обеспечить эффективность преобразования энергии выше 33%, открывая дополнительные возможности для тонкопленочных солнечных элементов в будущем. Сейчас Тивари пытается наладить сотрудничество с ключевыми лабораториями и компаниями по всей Европе, чтобы ускорить разработку технологии и ее промышленное производство в более широком масштабе.

Теги: Эмпа Гибкая CIGS

Посетите: www.nature.com/articles/

Посетите: www.empa.ch

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/empa-161222.shtml