En strategi til yderligere at øge effektiviteten af kobberindium gallium selenid solceller
Indtil for nylig har kalkpyritbaserede solceller opnået en maksimal energikonverteringseffektivitet på 23,35 %, som rapporteret i 2019 af Solar Frontier, et tidligere solenergifirma baseret i Japan. Det har dog indtil videre vist sig at være en udfordring at øge denne effektivitet yderligere.
Forskere ved Uppsala Universitet og ved First Solar European Technology Center AB (tidligere Evolar AB) i Sverige opnåede for nylig en højere effektivitet på 23,64 % i kalkstensbaserede solceller. Denne effektivitet, rapporteret i Nature Energy , blev opnået ved hjælp af to primære teknikker, nemlig højkoncentrationssølvlegering og stejl tilbagekontakt med gallium.
"Et primært formål med vores undersøgelse var at øge effektiviteten af CIGS-baserede tyndfilmsolceller for i sidste ende at sænke prisen pr. Watt-peak for tilsvarende storskala moduler," fortalte Jan Keller, førsteforfatter af papiret, til Phys. org. "Vores arbejde gør brug af resultaterne fra mange forskningsgrupper rundt om i verden, opnået gennem de sidste årtier."
En tidligere forskningsindsats, der inspirerede dette papir, var den vellykkede sølvlegering med kobberindiumgalliumselenid, første gang demonstreret af en forskergruppe i Japan for omkring to årtier siden. Derudover hentede forskerne inspiration fra forskning, der går tilbage til 10 år siden, og som viste de gavnlige virkninger af at implementere tunge alkaliarter i absorberende materialer.
"Udover at bygge videre på omkring 40 års international forskning i chalcopyrit solceller, kombinerede vi fire forskellige tilgange til at forbedre ydeevnen," forklarede Keller. "Konkret tilføjede vi en relativt høj koncentration af sølv til absorberen, implementerede en 'hockeystick'-lignende Gallium-dybdeprofil, skræddersyede en RbF-efteraflejringsbehandling til absorbersammensætningen og udsatte absorberen for udvidet belysning."
Ved at kombinere disse design- og fremstillingsstrategier kunne Keller og hans kolleger forbedre mikrostrukturen af CIGS, reducere tætheden af defekter og afbøde udsving i båndgabet. Derudover kunne de passivere overfladen af absorberen i deres solcelle og øge dopingtætheden.
I de indledende tests opnåede deres rekordhøje CIGS-solcelle en høj ekstern strålingseffektivitet på 1,6 %, hvilket resulterede i et relativt lavt åbent kredsløbsspændingsunderskud. Enheden opnåede især den højeste effektivitet rapporteret i CIGS-baserede solceller til dato, og dens ydeevne blev eksternt certificeret af det uafhængige institut Fraunhofer ISE (Tyskland).
"Vi var i stand til at øge den tidligere rekordeffektivitet for CIGS-baserede solceller fra 23,35% (Solar Frontier, 2019, Japan) til 23,64% (eksternt certificeret), hvilket er en væsentlig forbedring," sagde Keller. "Til den eksterne certificering en skyggemaske (A=0,9 cm 2 ) skulle bruges. Uden skyggemasken målte vi endda en effektivitet på 23,75 % i vores laboratorier (A=1,03 cm 2 )."
Det nylige arbejde fra dette hold af forskere introducerer en lovende produktionsproces for at opnå højere effektivitet i kalkpyritbaserede solceller. Disse resultater kunne tjene som grundlag for den videre udvikling af disse solceller, hvilket potentielt kan bidrage til deres udbredelse i stor skala.
I deres papir skitserer Keller og hans kolleger et sæt af mulige strategier til at øge ydeevnen af chalcopyrit-baserede solceller med det mål at nå ud over en 25% effektivitet. Den mest ligetil af disse strategier indebærer at afbøde tab af parasitabsorption, som kan opnås på forskellige måder.
"I sidste ende skal defekttætheden af absorberens bulk reduceres. Mens CIGS-PV er mere stabil end nuværende rekordeffektive perovskit-enheder, lider den af betydeligt højere ikke-strålende rekombinationstab. Således vil fremtidig forskning koncentrere sig om sandwiching. en endnu bedre kalkpyritfilm mellem endnu mere gennemsigtige elektroder," tilføjede Keller.
"En nylig undersøgelse foretaget af EMPA (Schweiz) viste et højt potentiale for bifaciale applikationer, som kræver udskiftning af Mo-bagkontakten med et gennemsigtigt ledende oxidlag."
Flere oplysninger: Jan Keller et al., Højkoncentreret sølvlegering og stejl tilbage-kontakt gallium-gradering, der muliggør kobber-indium-gallium-selenid-solcelle med 23,6 % effektivitet, Nature Energy (2024). DOI:10.1038/s41560-024-01472-3
Journaloplysninger: Naturenergi
© 2024 Science X Network
Varme artikler
-
Grøn kemi og biobrændstof:Mekanismen for et centralt fotoenzym dekrypteretKunstnerindtryk af den enzymatiske katalyse foreslået i mekanisme af fedtsyrefotodecarboxylase. Kredit:Damien Sorigué Funktionen af enzymet FAP, nyttig til produktion af biobrændstoffer og til g -
Composite metal foam overgår aluminium til brug i flyvingerKredit:CC0 Public Domain De forreste kanter på flyvinger skal opfylde et meget krævende sæt egenskaber. Ny forskning viser, at en kombination af stålkompositmetalskum (CMF) og epoxyharpiks har mer -
Forskere udvikler et værktøj til at undersøge plastadfærd ned til molekylær skalaPrinceton-forskere, herunder ph.d.-studerende Dane Christie, som nu er materialeforsker i Corning, har udviklet et værktøj til at undersøge polymerer på molekylær skala. Kredit:Corning Inc Overvej -
Asymmetrisk syntese af aziridin med en ny katalysator kan hjælpe med at udvikle nye lægemidlerFremstilling af aziridiner med højt udbytte og høj renhed ved hjælp af ny katalysator. Forskere fra Japan foreslog for nylig en mulig overgangstilstand for reaktionen mellem aziridiner og oxazoloner i
- Første eksperimentelle bevis for hjernelignende computer med vand og salt
- Biologer kvantificerer bakterioplanktons kulstofforbrug for bedre at forstå havets kulstofcyklus
- Ossia klæder sig til en ny dag inden for trådløs opladning
- Chiral-inducerede, selvlysende ultratynde kovalente organiske ramme-nanoark
- Astronomers succes:Syv nye kosmiske masere
- Fordele og ulemper ved boring efter olie i USA