Rok po ogłoszeniu rekordu wydajności naukowcy Empa osiągnęli nowy wynik 22,2% dla elastycznego ogniwa słonecznego CIGS na folii polimerowej. Ogniwa słoneczne tego typu nadają się szczególnie do zastosowań w budynkach, pojazdach, satelitach, sterowcach i urządzeniach mobilnych.
Naukowcy Empa po raz kolejny poprawili wydajność elastycznych ogniw słonecznych CIGS. Niezależnie certyfikowane pomiary wykazały sprawność konwersji energii na poziomie 22,2%, dotyczącą konwersji światła na energię elektryczną, co stanowi poprawę w porównaniu z poprzednią rekordową wartością 21,4%. Dla porównania, najlepsza sprawność sztywnego ogniwa słonecznego z krystalicznego krzemu wynosi 26,7%. Zespół Romaina Carrona, lidera grupy w Empa’s Laboratory for Thin Films and Photovoltaics pod kierownictwem Ayodhyi N. Tiwari, zaprezentował swoje najnowsze wyniki podczas 8. Światowej Konferencji Konwersji Energii Fotowoltaicznej (WCPEC-8) 26 września 2022 r. w Mediolanie we Włoszech.
Te elastyczne ogniwa słoneczne to osadzona metodą niskotemperaturowego współparowania na folii polimerowej warstwa półprzewodnikowa Cu(In,Ga)Se 2, która pochłania światło. Naukowiec Empa, Shiro Nishiwaki, zmodyfikował skład warstwy, aby poprawić wydajność urządzenia i napięcie wyjściowe. – Dwa zbadane podejścia stopienia kryształu zapewniły podobną poprawę wydajności urządzenia – powiedział Romain Carron. Dlatego też osiągnięte wyniki w laboratorium mogą być przenoszone na skalę przemysłową dla różnych zastosowań, osiągając takie same parametry. Sprawność ogniw słonecznych na poziomie 22,2% została zmierzona w niezależnym Instytucie Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE we Freiburgu w Niemczech.
Ayodhya Tiwari i jego zespół prowadzą badania nad elastycznymi cienkowarstwowymi ogniwami słonecznymi od ponad 23 lat. Dzięki swojej głębokiej znajomości technologii i podstawowych procesów fizycznych, na przestrzeni lat osiągnęli kilka rekordów wydajności. Ich seria rekordów rozpoczęła się od 12,8% w 1999 r., kolejno przesuwała się do 14,1% (2005), 17,6% (2010), 18,7% (2011), 20,4% (2013), z późniejszymi postępami do 20,8% (2019) i 21,4% (2021).
W osiąganiu wysokich limitów wydajności każdy mały przyrost wymaga starannego zbadania czynników ograniczających tę wydajność i innowacyjnego podejścia do sprostania wyzwaniu. Obecne zwiększenie wydajności przypisuje się stopowaniu (proces mech. wytwarzania stopów metali metodą…) warstwy półprzewodnika pochłaniającego światło w celu poprawy właściwości elektronicznych.
Elastyczne i lekkie moduły fotowoltaiczne wykonane w tej technologii szczególnie nadają się do zastosowań na dachach i fasadach budynków, szklarniach, pojazdach, sterowcach i przenośnej elektroniki. Empa współpracuje ze szwajcarską firmą Flisom w zakresie produkcji w systemie roll-to-roll lekkich, elastycznych modułów słonecznych do takich zastosowań. Badanie zostało wsparte przez Szwajcarski Federalny Urząd Energetyki (SFOE).
Zdjęcie: Elastyczne ogniwa słoneczne CIGS na podłożu polimerowym. Poniżej przedstawiono mikroskopijną strukturę warstwy absorbera CIGS stosowanej w poprzednich urządzeniach rejestrujących, a powyżej pokazano nowo zmodyfikowaną warstwę absorbera z większymi ziarnami, co skutkuje wydajnością zapisu 22,2%. Fot.: Empa
Zdjęcie główne: Elastyczne ogniwa słoneczne CIGS składają się z bardzo cienkich warstw, w tym związku składającego się z pierwiastków miedzi, indu, galu i selenu. Warstwy są osadzane na elastycznych podłożach polimerowych, głównie w procesach próżniowych. Fot.: Empa
Źródło: Empa Materials Science and Technology Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
