Naukowcy z Visvesvaraya National Institute of Technology (VNIT) w Indiach zaproponowali nową strukturę ogniwa słonecznego CIGS wykorzystującą dwusiarczek wolframu (WS2) jako warstwę pola powierzchni tylnej (BSF). Po raz pierwszy w historii tego typu paneli udało się osiągnąć wydajność rzędu 25,7 procent. Szczegóły opisano w czasopiśmie Journal of Physics and Chemistry of Solids.
Ogniwo CIGS po raz pierwszy osiągnęło wydajność 25,7 procent
Ogniwa CIGS to cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne wykonane z mieszaniny miedzi (Cu), indu (In), galu (Ga) i selenu (Se) – skrót CIGS pochodzi od angielskich nazw tych pierwiastków. Ogniwa te charakteryzują się wysoką efektywnością w konwersji energii słonecznej na energię elektryczną i mogą być nanoszone na elastyczne podłoża, co umożliwia ich zastosowanie w różnorodnych produktach, takich jak dachy, fasady budynków czy urządzenia przenośne. Mają też większą odporność na wysokie temperatury niż krzemowe panele.
Czytaj też: Chińczycy z kolejnym rekordem! Takie ogniwa słoneczne to prawdziwy skarb
Warstwy BSF składają się z bardziej domieszkowanego obszaru na tylnej powierzchni ogniwa słonecznego i są powszechnie stosowane do zwiększania napięcia urządzenia. Powłoka z WS2 może być stosowana w ogniwach słonecznych jako warstwa transportu elektronów lub warstwa buforowa, a nanopłytki i nanocząstki przygotowane z elektronicznych proszków WS2 są powszechnie stosowane w nanoelektronice, optoelektronice, urządzeniach wykrywających gaz, reakcjach wydzielania wodoru i urządzeniach do magazynowania energii.
Dr Sushama M. Giripunje z VNIT mówi:
Nowością tej pracy badawczej jest to, że po raz pierwszy w historii ogniw słonecznych CIGS, dzięki pracy symulacyjnej, uzyskano 25,7 proc. wydajności przy grubości warstwy absorbującej CIGS 200 nm i grubości warstwy BSF 50 nm.
Minimalizacja grubości ogniw CIGS ma na celu zmniejszenie zużycia materiałów ziem rzadkich, takich jak ind i gal, a także ich kosztu na wat. Będzie to odczuwalne w masowej skali produkcji ogniw CIGS.
Do symulacji nowej konfiguracji ogniw naukowcy wykorzystali oprogramowanie SCAPS-1D. Założyli, że ogniwo opiera się na tylnej warstwie kontaktowej wykonanej z niklu (Ni), warstwie PEDOT:PSS, absorberze CIGS, warstwie buforowej wykonanej z WS2, warstwie okiennej na bazie tlenku cynku (ZnO) i przedniej elektrodzie wykonanej z aluminium (Al).
Naukowcy symulowali wydajność urządzenia w standardowych warunkach oświetlenia i odkryli, że osiągnęło ono PCE na poziomie 25,7 proc., napięcie obwodu otwartego 0,81 V, gęstość prądu zwarciowego 39,33 mA/cm2 i współczynnik wypełnienia 79,89 proc.