Empa 在双面 CIGS 太阳能电池中实现了前照式 19.8% 和后照式 10.9% 的创纪录效率

新闻： 光伏

16. 2022

基于铜铟镓二硒 (CIGS) 的双面薄膜太阳能电池可以从正面和背面收集太阳能，因此可能比传统太阳能电池产生更多的太阳能。 然而，到目前为止，它们的制造只带来了适度的能量转换效率。 瑞士联邦材料科学与技术实验室 (Empa) 的一个团队现已开发出一种新的低温生产工艺，前照式的效率达到创纪录的 19.8%，后照式的效率达到 10.9%。 此外，他们还生产了第一个双面钙钛矿-CIGS 串联太阳能电池，为未来更高的能源产量开辟了可能性（SC Yang 等人，“双面 Cu(In,Ga)Se 的效率提升”2 用于银辅助低温工艺的柔性和串联应用的薄膜太阳能电池”，Nature Energy (2022)； 21 月 XNUMX 日）。

如果可以收集直射阳光及其反射（通过太阳能电池的背面），这应该会增加电池产生的能量产量。 例如，潜在的应用包括光伏建筑一体化 (BIPV)、农业光伏——同时利用土地进行光伏发电和农业生产——以及在高海拔地面上垂直或高倾斜安装的太阳能模块。 根据国际光伏技术路线图，到70年，双面太阳能电池将占据整个光伏市场2030%的市场份额。

虽然基于硅晶圆的双面太阳能电池已经上市，但薄膜太阳能电池却远远落后。 这至少部分是由于双面 CIGS 薄膜太阳能电池的效率相当低，这是由一个关键的瓶颈问题引起的：对于任何能够在背面收集反射阳光的双面太阳能电池，光学透明电接触是先决条件。 这是通过使用透明导电氧化物 (TCO) 替代传统（即单面）钼制太阳能电池中的不透明背接触来实现的。

有害的氧化物形成

高效CIGS太阳能电池一般采用550℃以上的高温沉积工艺生产。 然而，在这些温度下，（CIGS 层的）镓与透明导电氧化物后触点的氧之间会发生化学反应。 由此产生的氧化镓界面层会阻挡阳光产生的电流，从而降低电池的能量转换效率。 到目前为止，单个电池的最高值是正面为 9.0%，背面为 7.1%。 “对于具有前后透明导电触点的太阳能电池来说，要获得良好的能量转换效率真的很困难，”领导 Empa 薄膜和光伏实验室的 Ayodhya N. Tiwari 说。

图片：双面 CIGS 太阳能电池由非常薄的层组成，活性材料总共只有 3µm。 沉积在透明电触点顶部的 CIGS 多晶层吸收来自正面和背面的光。 （由 EMPA 提供。）

因此，Tiwari 实验室 Romain Carron 小组的博士生 Shih-Chi Yang 开发了一种新的低温沉积工艺，该工艺应该会产生更少的有害氧化镓——理想情况下根本不会产生。 他们使用少量银来降低 CIGS 合金的熔点，并在仅 350°C 的沉积温度下获得具有良好电子特性的吸收层。 当他们用高分辨率透射电子显微镜 (TEM) 分析多层结构时，在 Tiwari 的前博士后林子英（目前在台湾国立清华大学）的帮助下，该团队无法检测到任何氧化镓在所有的界面。

以超过 33% 的能源产出为目标

这也反映在能量转换效率的显着提高上：该电池的前照度和后照度分别为 19.8% 和 10.9%，已通过德国弗莱堡弗劳恩霍夫太阳能系统研究所 (ISE) 的独立认证——玻璃基板上的相同电池。

该团队还首次成功地在柔性聚合物基板上制造了双面 CIGS 太阳能电池，由于其重量轻且柔韧性好，扩大了潜在应用范围。

最后，研究人员结合了两种光伏技术——CIGS 和钙钛矿太阳能电池——生产出双面串联电池。

据 Tiwari 称，双面 CIGS 技术有可能产生超过 33% 的能量转换效率，为未来的薄膜太阳能电池开辟了更多机会。 Tiwari 现在正试图与欧洲的主要实验室和公司建立合作关系，以加快技术开发和更大规模的工业可制造性。

标签： 电子探针 柔性 CIGS

访问： www.nature.com/articles/

访问： www.empa.ch

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• Sumber: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/empa-161222.shtml