Vooruitgang naar dunnefilm-zonnecellen met een hoger rendement

Door de AMOLF Group zijn recordconversie-efficiënties bereikt met dunne film fotovoltaïsche cellen.

AMOLF-groepsleider Esther Alarcon Llado zegt: "op basis van de sterke lichtvangprestaties van onze patronen schatten we dat PV-efficiënties van meer dan 20% kunnen worden bereikt voor een 1 μm dikke c-Si-cel, wat een absolute doorbraak zou betekenen naar flexibele , lichtgewicht c-Si PV.

Ook zijn dunnere Si-absorbers toleranter voor elektronische defecten in vergelijking met de dikke tegenhangers. Dit betekent dat dunne Si-cellen met een hoog rendement ook kunnen worden gemaakt van silicium van een lagere kwaliteit, waardoor de energiebehoefte voor de zuivering van ruw Si wordt verminderd en de terugverdientijd van energie wordt verkort. Dunne PV met hyperuniform patroon is een veelbelovende technologie. Hoewel er nog veel werk aan de winkel is om zulke dunne hoogefficiënte cellen onderdeel van onze leefomgeving te maken, stemt dit werk ons ​​zeer optimistisch dat dit binnenkort zal gebeuren.”

Meer dan 65% zonlichtabsorptie in een Si-plaat van één micron met hyperuniforme textuur

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

Dunne, flexibele en onzichtbare zonnecellen zullen in de nabije toekomst een alomtegenwoordige technologie zijn. Ultradunne kristallijne siliciumcellen (c-Si) profiteren van het succes van bulksiliciumcellen terwijl ze lichtgewicht en mechanisch flexibel zijn, maar lijden aan slechte absorptie en efficiëntie. Hier presenteren we een nieuwe familie van oppervlaktetextuur, gebaseerd op gecorreleerde ongeordende hyperuniforme patronen, die in staat zijn om het invallende spectrum efficiënt te koppelen aan de optische modi van siliciumplaten. We demonstreren experimenteel 66.5% zonnelichtabsorptie in vrijstaande 1 μm c-Si-lagen door hyperuniforme nanostructurering voor het spectrale bereik van 400 tot 1050 nm. De absorptie-equivalent fotostroom afgeleid van onze metingen is 26.3 mA/cm2, wat ver boven de hoogste in de literatuur is gevonden voor Si van vergelijkbare dikte. Rekening houdend met de allernieuwste Si PV-technologieën, schatten we dat de verbeterde lichtvangst kan resulteren in een celefficiëntie van meer dan 15%. De lichtabsorptie kan potentieel worden verhoogd tot 33.8 mA/cm2 door een back-reflector en verbeterde antireflectie op te nemen, waarvoor we een fotovoltaïsche efficiëntie van meer dan 21% schatten voor 1 μm dikke Si-cellen.

Nog een wetenschappelijke prestatie van zonnecellen

Ten tweede gaat het over CZTSSe (koper, zink, tin met wat zwavel en selenium) dunnefilmzonnecellen, die milieuvriendelijke dunnefilmzonnecellen voor algemeen gebruik zijn. Deze zouden, na silicium, een van de dominante/mainstream dunne-film (en verdringende dikke-film) zonneceltypes van de toekomst kunnen worden.

Geen indium voor de laag(en) van bulkmateriaal, waardoor de leveringsproblemen rond indium worden verlicht.
Heeft ook geen gallium nodig als het grootste deel van een laag, voor de mensen die zich zorgen maken over gallium.

Milieuvriendelijke zonnecellen verbeteren de efficiëntie van energieopwekking door oorzaken van defecten op te lossen.
DGIST – Daegu Gyeongbuk Instituut voor Wetenschap en Technologie

Papier:
Effect van stapelvolgorde van metaal-precursoren op vorming van volumedefecten in CZTSSe-dunne film: vormingsmechanisme van blaren en nanoporiën
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 en Jin-Kyu Kang
ACS toegepaste materialen en 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