구리, 인듐, 갈륨 셀렌화물 태양전지 효율 향상 전략

최근까지 황동석 기반 태양전지는 최대 전력 변환 효율 23.35%를 달성했다고 한다. 그러나 이러한 효율성을 향상시키는 것은 지금까지 주요 과제로 입증되었습니다.

웁살라 대학교와 스웨덴 최초의 유럽 태양광 기술 센터 AB(이전 Evolar AB)의 연구원들은 최근 황동석 기반 태양전지에서 23.64% 더 높은 효율을 달성했습니다. 이 효율성은, 말하는 ~에 자연의 에너지는 고농도 은 합금과 가파른 갈륨 등급화라는 두 가지 기본 기술을 사용하여 달성되었습니다.

“우리 연구의 주요 목표는 CIGS 기반 박막 태양 전지의 효율성을 높여 궁극적으로 해당 대규모 모듈의 와트당 가격을 낮추는 것이었습니다.”라고 논문의 첫 번째 저자인 Jan Keller는 Phys에게 말했습니다. . org. “우리 작업은 지난 수십 년 동안 얻은 전 세계 많은 연구 그룹의 연구 결과를 활용합니다.”

이 논문에 영감을 준 이전 연구 노력 중 하나는 약 20년 전 일본의 한 연구 그룹에서 처음으로 시연한 구리, 인듐 및 갈륨 셀레나이드와 은을 합금하는 데 성공한 것이었습니다. 또한 연구원들은 흡착제에 중알칼리종을 적용할 때의 유익한 효과를 입증한 10년 전의 연구에서 영감을 받았습니다.

Keller는 “황동석 태양전지에 대한 거의 40년 간의 국제 연구를 기반으로 하는 것 외에도 성능을 향상시키기 위해 네 가지 다른 접근 방식을 결합했습니다.”라고 설명했습니다. “구체적으로 우리는 상대적으로 높은 농도의 은을 흡수체에 추가하고 '하키 스틱'과 같은 갈륨 깊이 프로파일을 적용했으며 흡수체 구성에 대한 RbF 증착 후 처리를 설계하고 흡수체에 확장된 조명을 가했습니다.”

이러한 설계 및 제조 전략을 결합함으로써 Keller와 그의 동료들은 CIGS의 미세 구조를 개선하여 결함 밀도를 줄이고 밴드 갭 변동을 완화할 수 있었습니다. 또한 태양전지의 흡수체 표면을 부동태화하고 도핑 밀도를 높일 수 있습니다.

예비 테스트에서 표준 CIGS 태양전지는 1.6%의 높은 외부 복사 효율을 달성하여 개방 회로 전압 부족이 상대적으로 낮았습니다. 특히, 이 장치는 현재까지 보고된 CIGS 기반 태양전지 중 가장 높은 효율을 달성했으며, 그 성능은 독립적인 Fraunhofer ISE(독일)로부터 외부 인증을 받았습니다.

Keller는 “CIGS 기반 태양전지의 기존 표준 효율을 23.35%(Solar Frontier, 2019, 일본)에서 23.64%(외부 인증)로 높일 ​​수 있었는데, 이는 상당한 개선이다”고 말했다. 외부인증용 섀도우마스크(A=0.9cm)²)을 사용해야 했습니다. 쉐이드 마스크가 없는 경우 실험실에서 23.75%의 효율을 측정했습니다(A=1.03cm).²)).”

이 연구팀의 최신 연구는 황동석 기반 태양전지에서 더 높은 효율을 달성하기 위한 유망한 생산 공정을 제시합니다. 이러한 결과는 이러한 태양전지의 추가 발전을 위한 기초가 될 수 있으며, 이는 광범위한 배치에 기여할 수 있습니다.

논문에서 Keller와 동료들은 효율을 25% 이상 달성한다는 목표로 황동석 기반 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있는 다양한 전략을 설명합니다. 이러한 전략 중 가장 간단한 방법은 다양한 방법으로 달성할 수 있는 기생충 흡수 손실을 완화하는 것입니다.

“궁극적으로 흡수체 질량의 결함 밀도를 줄여야 합니다. CIGS-PV는 현재 표준 효율 페로브스카이트 장치보다 안정적이지만 비방사성 재결합 손실이 훨씬 더 높습니다. 따라서 향후 연구는 감금에 중점을 둘 것입니다.” Keller는 “Chalcopyrite 필름은 더 투명한 전극 사이에서 더 좋습니다.”라고 덧붙였습니다.

“ㅏ EMPA(스위스)에서 실시한 최근 ​​연구 이는 알루미늄 후면 접점을 투명 전도성 산화물 층으로 교환해야 하는 양면 응용 분야에 대한 높은 잠재력을 보여주었습니다.”