Empa บรรลุประสิทธิภาพการบันทึกที่ 19.8% สำหรับการส่องสว่างด้านหน้าและ 10.9% สำหรับการส่องสว่างด้านหลังในเซลล์แสงอาทิตย์ CIGS สองหน้า

ข่าว: photovoltaics

16 2022 ธันวาคม

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางสองหน้าที่ใช้ทองแดงอินเดียมแกลเลียมไดเซเลไนด์ (CIGS) สามารถรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์จากทั้งด้านหน้าและด้านหลัง และทำให้สามารถผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ได้มากกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไป อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้ การผลิตของพวกเขาได้นำไปสู่ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ทีมงานของ Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa) ได้พัฒนากระบวนการผลิตใหม่ที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพการบันทึกสูงถึง 19.8% สำหรับการส่องสว่างด้านหน้าและ 10.9% สำหรับการส่องสว่างด้านหลัง ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขายังผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบสองหน้าแบบเพอรอฟสไกต์-CIGS แบบตีคู่ ซึ่งเปิดโอกาสให้ผลผลิตพลังงานสูงขึ้นในอนาคต (SC Yang et al, 'การเพิ่มประสิทธิภาพของ Cu(In,Ga)Se แบบสองหน้า2 เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางสำหรับการใช้งานที่ยืดหยุ่นและควบคู่กับกระบวนการอุณหภูมิต่ำที่มีเงินช่วย', Nature Energy (2022); 21 พฤศจิกายน).

หากสามารถรวบรวมทั้งแสงแดดโดยตรงและแสงสะท้อน (ผ่านด้านหลังของเซลล์แสงอาทิตย์) สิ่งนี้ควรเพิ่มผลผลิตของพลังงานที่เซลล์ผลิตขึ้น การใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์แบบบูรณาการในอาคาร (BIPVs) เซลล์ไฟฟ้าเพื่อการเกษตร – การใช้พื้นที่พร้อมกันสำหรับทั้งการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์และการเกษตร – และโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ที่ติดตั้งในแนวตั้งหรือเอียงสูงบนพื้นที่สูง ตาม Roadmap เทคโนโลยีระหว่างประเทศของแผงโซลาร์เซลล์ เซลล์แสงอาทิตย์แบบสองหน้าสามารถครองส่วนแบ่งตลาด 70% ของตลาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยรวมภายในปี 2030

แม้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบสองหน้าที่ใช้ซิลิคอนเวเฟอร์จะออกสู่ตลาดแล้ว แต่เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางก็ยังล้าหลังอยู่มาก ส่วนหนึ่งเป็นเพราะประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำของเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง CIGS แบบสองหน้า ซึ่งเกิดจากปัญหาคอขวดที่สำคัญ: เพื่อให้เซลล์แสงอาทิตย์แบบสองหน้าสามารถเก็บแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากด้านหลังได้ เซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งแสง การสัมผัสทางไฟฟ้าเป็นข้อกำหนดเบื้องต้น สิ่งนี้ทำได้โดยการใช้ออกไซด์ตัวนำแบบโปร่งใส (TCO) ที่เข้ามาแทนที่การสัมผัสกลับแบบทึบแสงในเซลล์แสงอาทิตย์แบบเดิม เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดหน้าเดียวที่ทำจากโมลิบดีนัม

การก่อตัวของออกไซด์ที่เป็นอันตราย

เซลล์แสงอาทิตย์ CIGS ประสิทธิภาพสูงโดยทั่วไปผลิตโดยกระบวนการสะสมที่อุณหภูมิสูง เช่น สูงกว่า 550°C อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิเหล่านี้ ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นระหว่างแกลเลียม (ของชั้น CIGS) และออกซิเจนของการสัมผัสกลับของออกไซด์ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าโปร่งใส ชั้นอินเทอร์เฟซของแกลเลียมออกไซด์ที่เกิดขึ้นจะปิดกั้นการไหลของกระแสไฟที่เกิดจากแสงแดด และทำให้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเซลล์ลดลง ค่าสูงสุดที่ทำได้ในเซลล์เดียวคือ 9.0% สำหรับด้านหน้าและ 7.1% สำหรับด้านหลัง Ayodhya N. Tiwari หัวหน้าห้องปฏิบัติการฟิล์มบางและเซลล์แสงอาทิตย์ของ Empa กล่าวว่า "เป็นเรื่องยากมากที่จะมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ดีสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีหน้าสัมผัสโปร่งใสทั้งด้านหน้าและด้านหลัง"

รูปภาพ: เซลล์แสงอาทิตย์แบบ Bifacial CIGS ประกอบด้วยชั้นที่บางมาก มีวัสดุทั้งหมดเพียง 3µm เท่านั้น ชั้นคริสตัลไลน์ CIGS ที่วางอยู่บนหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าโปร่งใสจะดูดซับแสงจากทั้งด้านหน้าและด้านหลัง (ได้รับความอนุเคราะห์จาก EMPA)

ดังนั้น นักศึกษาระดับปริญญาเอก Shih-Chi Yang ในกลุ่มของ Romain Carron ในห้องทดลองของ Tiwari จึงพัฒนากระบวนการสะสมตัวที่อุณหภูมิต่ำแบบใหม่ ซึ่งควรจะสร้างแกลเลียมออกไซด์ที่เป็นอันตรายให้น้อยลงมาก ซึ่งไม่ควรเลย พวกเขาใช้เงินจำนวนเล็กน้อยเพื่อลดจุดหลอมเหลวของโลหะผสม CIGS และเพื่อให้ได้ชั้นดูดซับที่มีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ดีที่อุณหภูมิการสะสมเพียง 350°C เมื่อพวกเขาวิเคราะห์โครงสร้างหลายชั้นด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง (TEM) ด้วยความช่วยเหลือของ Tzu-Ying Lin อดีต postdoc ของ Tiwari (ปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติ Tsing Hua ในไต้หวัน) ทีมไม่สามารถตรวจพบแกลเลียมออกไซด์ใดๆ ที่ อินเทอร์เฟซเลย

ตั้งเป้าผลผลิตพลังงานมากกว่า 33%

สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นได้จากประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ดีขึ้นอย่างมาก: เซลล์ให้ค่า 19.8% สำหรับการส่องสว่างด้านหน้าและ 10.9% สำหรับการส่องสว่างด้านหลังที่ได้รับการรับรองโดยอิสระจากสถาบัน Fraunhofer สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ (ISE) ในเมืองไฟรบูร์ก ประเทศเยอรมนี เซลล์เดียวกันบนพื้นผิวแก้ว

ทีมงานยังประสบความสำเร็จในการประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ CIGS แบบสองหน้าเป็นครั้งแรกบนวัสดุโพลิเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งด้วยน้ำหนักที่เบาและความยืดหยุ่น ทำให้ขอบเขตของการใช้งานที่เป็นไปได้กว้างขึ้น

ในที่สุด นักวิจัยได้รวมเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ XNUMX ชนิด ได้แก่ CIGS และเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite เพื่อผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบสองหน้า

จากข้อมูลของ Tiwari เทคโนโลยี CIGS แบบสองหน้ามีศักยภาพในการให้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเกินกว่า 33% ซึ่งเป็นการเปิดโอกาสเพิ่มเติมสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางในอนาคต ขณะนี้ Tiwari พยายามสร้างความร่วมมือกับห้องปฏิบัติการหลักและบริษัทต่างๆ ทั่วยุโรป เพื่อเร่งรัดการพัฒนาเทคโนโลยีและความสามารถในการผลิตทางอุตสาหกรรมในระดับที่ใหญ่ขึ้น

คีย์เวิร์ด: Empa CIGS ที่ยืดหยุ่น

เยี่ยม: www.nature.com/articles/

เยี่ยม: www.empa.ch

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/empa-161222.shtml