Empa Achieves Record Efficiencies Of 19.8% For Front Illumination And 10.9% For Rear Illumination In Bifacial CIGS Solar Cell

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

16 Aralık 2022

Bakır indiyum galyum diselenide (CIGS) dayalı iki yüzeyli ince film güneş pilleri, güneş enerjisini hem ön taraflarından hem de arka taraflarından toplayabilir ve böylece potansiyel olarak geleneksel muadillerine göre daha fazla güneş enerjisi üretir. Bununla birlikte, şimdiye kadar, imalatları yalnızca mütevazı enerji dönüştürme verimliliklerine yol açmıştır. İsviçre Federal Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Laboratuvarları'ndaki (Empa) bir ekip şimdi, ön aydınlatma için %19.8 ve arka aydınlatma için %10.9'luk rekor verimlilikle sonuçlanan yeni bir düşük sıcaklıkta üretim süreci geliştirdi. Ayrıca, ilk iki yüzeyli perovskite-CIGS tandem güneş pilini de üreterek gelecekte daha da yüksek enerji verimleri olasılığını ortaya çıkardılar (SC Yang ve diğerleri, 'Efficiency boost of bifacial Cu(In,Ga)Se2 gümüş destekli düşük sıcaklık prosesi ile esnek ve tandem uygulamalar için ince film güneş pilleri', Nature Energy (2022); 21 Kasım).

Hem doğrudan güneş ışığı hem de yansıması (bir güneş pilinin arka tarafı yoluyla) toplanabiliyorsa, bu, hücrenin ürettiği enerji verimini artırmalıdır. Potansiyel uygulamalar, örneğin, binaya entegre fotovoltaikler (BIPV'ler), agrivoltaikler - hem fotovoltaik enerji üretimi hem de tarım için arazi alanlarının eşzamanlı kullanımı - ve yüksek rakımlı zeminde dikey veya yüksek eğimli kurulu güneş modülleridir. Uluslararası Fotovoltaik Teknoloji Yol Haritasına göre, iki yüzeyli güneş pilleri, 70 yılına kadar genel fotovoltaik pazarının %2030'lik bir pazar payını yakalayabilir.

Silikon gofretlere dayalı iki yüzeyli güneş pilleri zaten piyasada olmasına rağmen, ince film güneş pilleri şimdiye kadar geride kaldı. Bu, en azından kısmen, kritik bir darboğaz probleminden kaynaklanan iki yüzeyli CIGS ince film güneş pillerinin oldukça düşük verimliliğinden kaynaklanmaktadır: Herhangi bir çift yüzeyli güneş pilinin arka tarafta yansıyan güneş ışığını toplayabilmesi için, optik olarak şeffaf elektriksel temas bir ön koşuldur. Bu, molibdenden yapılmış geleneksel - yani mono-yüzlü - güneş pillerinde opak arka kontağın yerini alan şeffaf bir iletken oksit (TCO) kullanılarak elde edilir.

Zararlı oksit oluşumu

Yüksek verimliliğe sahip CIGS güneş pilleri genellikle yüksek sıcaklıkta, yani 550°C'nin üzerinde biriktirme işlemiyle üretilir. Ancak bu sıcaklıklarda, galyum (CIGS tabakasının) ile şeffaf iletken oksit arka kontağın oksijeni arasında bir kimyasal reaksiyon meydana gelir. Ortaya çıkan galyum oksit arayüz tabakası, güneş ışığından üretilen akımın akışını engeller ve böylece hücrenin enerji dönüştürme verimliliğini azaltır. Şimdiye kadar tek bir hücrede elde edilen en yüksek değerler ön tarafta %9.0 ve arka tarafta %7.1'dir. Empa'nın İnce Film ve Fotovoltaik laboratuvarını yöneten Ayodhya N. Tiwari, "Hem ön hem de arka şeffaf iletken kontaklara sahip güneş pilleri için iyi bir enerji dönüştürme verimliliğine sahip olmak gerçekten zor" diyor.

Bifacial CIGS güneş hücreleri, aktif maddeler için toplamda sadece 3µm olan çok ince katmanlardan oluşur. Şeffaf bir elektrik kontağının üzerine yerleştirilen CIGS polikristalin tabakası, ışığı hem ön hem de arka taraftan emer. (EMPA'nın izniyle.)

Resim: Bifacial CIGS güneş pilleri, aktif maddeler için toplamda sadece 3µm olan çok ince katmanlardan oluşur. Şeffaf bir elektrik kontağının üzerine yerleştirilen CIGS polikristalin tabakası, ışığı hem ön hem de arka taraftan emer. (EMPA'nın izniyle.)

Bu nedenle, Tiwari'nin laboratuvarındaki Romain Carron grubundaki doktora öğrencisi Shih-Chi Yang, çok daha az zararlı galyum oksit üretmesi gereken, ideal olarak hiç üretmemesi gereken yeni bir düşük sıcaklıkta biriktirme işlemi geliştirdi. CIGS alaşımının erime noktasını düşürmek ve sadece 350°C biriktirme sıcaklığında iyi elektronik özelliklere sahip soğurucu tabakalar elde etmek için çok az miktarda gümüş kullandılar. Tiwari'nin eski postdoc Tzu-Ying Lin'in (şu anda Tayvan'daki Ulusal Tsing Hua Üniversitesi'nde) yardımıyla, yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ile çok katmanlı yapıyı analiz ettiklerinde, ekip herhangi bir galyum oksit tespit edemedi. arayüz hiç.

%33'ün üzerinde bir enerji verimini hedeflemek

Bu aynı zamanda büyük ölçüde iyileştirilmiş bir enerji dönüştürme verimliliğiyle de yansıtıldı: Hücre, Almanya, Freiburg'daki Fraunhofer Güneş Enerjisi Sistemleri Enstitüsü (ISE) tarafından bağımsız olarak onaylanan ön aydınlatma için %19.8 ve arka aydınlatma için %10.9 değerleri verdi. bir cam substrat üzerindeki aynı hücre.

Ekip aynı zamanda ilk kez, hafiflikleri ve esneklikleri nedeniyle potansiyel uygulama yelpazesini genişleten esnek bir polimer substrat üzerinde iki yüzeyli bir CIGS güneş pili üretmeyi başardı.

Son olarak, araştırmacılar iki yüzeyli tandem hücre üretmek için iki fotovoltaik teknolojiyi (CIGS ve perovskite güneş pilleri) birleştirdiler.

Tiwari'ye göre, iki yüzeyli CIGS teknolojisi, gelecekte ince film güneş pilleri için daha fazla fırsat yaratarak, %33'ün üzerinde enerji dönüştürme verimliliği sağlama potansiyeline sahiptir. Tiwari şimdi, teknoloji gelişimini ve endüstriyel üretilebilirliğini daha büyük ölçekte hızlandırmak için Avrupa'daki önemli laboratuvarlar ve şirketlerle işbirliğine dayalı bir çaba oluşturmaya çalışıyor.

Etiketler: Empa Esnek CIGS

Ziyaret: www.nature.com/articles/

Ziyaret: www.empa.ch