Fortschritt zu Dünnschicht-Solarzellen mit höherem Wirkungsgrad

Mit Dünnschicht-Photovoltaikzellen der AMOLF-Gruppe wurden Rekordumwandlungswirkungsgrade erreicht.

AMOLF-Gruppenleiterin Esther Alarcon Llado sagt: „Basierend auf der starken Lichteinfangleistung unserer Muster schätzen wir, dass PV-Effizienzen von über 20 % für eine 1 μm dicke c-Si-Zelle erreicht werden könnten, was einen absoluten Durchbruch in Richtung Flexibilität darstellen würde , leichtes c-Si PV.

Außerdem sind dünnere Si-Absorber im Vergleich zu den dickeren Gegenstücken toleranter gegenüber elektronischen Defekten. Dies bedeutet, dass dünne Si-Zellen mit hohem Wirkungsgrad auch aus minderwertigem Silizium hergestellt werden könnten, wodurch der Energiebedarf für die Reinigung von Roh-Si und ihre Energierücklaufzeit verringert werden. Hyperuniform gemusterte dünne PV ist eine vielversprechende Technologie. Obwohl noch viel zu tun ist, um solche dünnen Hochleistungszellen zu einem Teil unserer Lebensumgebung zu machen, stimmt uns diese Arbeit sehr optimistisch, dass dies bald geschehen wird.“

Über 65 % Sonnenlichtabsorption in einer XNUMX-Mikron-Si-Platte mit hyperuniformer Textur

Nasim Tavakoli, Richard Spalding, Alexander Lambertz, Pepijn Koppejan, Georgios Gkantzounis, Chenglong Wan, Ruslan Röhrich, Evgenia Kontoleta, A. Femius Koenderink, Riccardo Sapienza, Marian Florescu und Esther Alarcon-Llado
ACS Photonics 2022 9 (4), 1206–1217
DOI: 10.1021/acsphotonics.1c01668

Dünne, flexible und unsichtbare Solarzellen werden in naher Zukunft eine allgegenwärtige Technologie sein. Zellen aus ultradünnem kristallinem Silizium (c-Si) profitieren vom Erfolg von Bulk-Siliziumzellen, während sie leicht und mechanisch flexibel sind, aber unter schlechter Absorption und Effizienz leiden. Hier stellen wir eine neue Familie der Oberflächentexturierung vor, die auf korrelierten, ungeordneten, hyperuniformen Mustern basiert und in der Lage ist, das einfallende Spektrum effizient in die optischen Moden der Siliziumplatte einzukoppeln. Wir zeigen experimentell 66.5 % Sonnenlichtabsorption in freistehenden 1 μm c-Si-Schichten durch hyperuniforme Nanostrukturierung für den Spektralbereich von 400 bis 1050 nm. Der aus unseren Messungen abgeleitete Absorptionsäquivalent-Photostrom beträgt 26.3 mA/cm2, was weit über dem höchsten Wert liegt, der in der Literatur für Si ähnlicher Dicke gefunden wurde. Unter Berücksichtigung modernster Si-PV-Technologien schätzen wir, dass der verbesserte Lichteinfang zu einem Zellwirkungsgrad von über 15 % führen kann. Die Lichtabsorption kann potenziell auf bis zu 33.8 mA/cm2 erhöht werden, indem ein Rückreflektor und eine verbesserte Antireflexion integriert werden, wofür wir einen photovoltaischen Wirkungsgrad von über 21 % für 1 μm dicke Si-Zellen schätzen.

Eine weitere wissenschaftliche Errungenschaft für Solarzellen

Zweitens geht es um CZTSSe-Dünnschichtsolarzellen (Kupfer, Zink, Zinn mit etwas Schwefel und Selen), die umweltfreundliche Allzweck-Dünnschichtsolarzellen sind. Diese könnten nach Silizium einer der dominierenden/Mainstream-Dünnschicht- (und Dickschicht-) Solarzellentypen der Zukunft werden.

Kein Indium für Massenmaterialschicht(en), wodurch Versorgungsprobleme rund um Indium gemildert werden.
Braucht auch kein Gallium als Hauptteil einer Schicht, für die Leute, die sich Sorgen um Gallium machen.

Umweltfreundliche Solarzellen verbessern die Effizienz der Stromerzeugung, indem sie Fehlerursachen beheben.
DGIST – Daegu Gyeongbuk Institut für Wissenschaft und Technologie

Papier:
Auswirkung der Stapelreihenfolge von Metallvorläufern auf die Bildung von Volumendefekten in CZTSSe-Dünnfilmen: Bildungsmechanismus von Blasen und Nanoporen
Se-Yun Kim, Seung-Hyun Kim, Dae-Ho Son, Hyesun Yoo, Seongyeon Kim, Sammi Kim, Young-Ill Kim, Si-Nae Park, Dong-Hwan Jeon, Jaebaek Lee, Hyo-Jeong Jo, Shi-Joon Sung, Dae-Kue Hwang, Kee-Jeong Yang, Dae-Hwan Kim und Jin-Kyu Kang
ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (27), 30649-30657
DOI: 10.1021/acsami.2c01892 https://dx.doi.org/10.1021/acsami.2c01892 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c01892