瑞士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)新型工藝,雙面太陽(yáng)能電池效率破紀(jì)錄
據(jù)業(yè)內(nèi)信息,近日瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(Empa)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出一種新的低溫生產(chǎn)工藝使得雙面太陽(yáng)能電池效率破紀(jì)錄,前照式的效率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的19.8%,后照式的效率達(dá)到10.9%。
不僅如此,該技術(shù)團(tuán)隊(duì)還生產(chǎn)了第一個(gè)雙面鈣鈦礦-CIGS串聯(lián)太陽(yáng)能電池,開(kāi)啟了未來(lái)更高能量產(chǎn)量的可能性,雙面Cu(In,Ga)Se2的效率提升用于銀輔助低溫工藝的柔性和串聯(lián)應(yīng)用的薄膜太陽(yáng)能電池。
基于銅銦鎵二硒(CIGS)的雙面薄膜太陽(yáng)能電池可以從正面和背面收集太陽(yáng)能,因此可能比傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池產(chǎn)生更多的太陽(yáng)能。然而,到目前為止,它們的制造只帶來(lái)了適度的能量轉(zhuǎn)換效率。
如果可以收集直射陽(yáng)光及其反射(通過(guò)太陽(yáng)能電池的背面),這應(yīng)該會(huì)增加電池產(chǎn)生的能量產(chǎn)量。例如,潛在的應(yīng)用包括光伏建筑一體化(BIPV)、農(nóng)業(yè)光伏——同時(shí)利用土地進(jìn)行光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)——以及在高海拔地面上垂直或高傾斜安裝的太陽(yáng)能模塊。根據(jù)國(guó)際光伏技術(shù)路線圖,到2030年,雙面太陽(yáng)能電池將占據(jù)整個(gè)光伏市場(chǎng)70%的市場(chǎng)份額。
雖然基于硅晶圓的雙面太陽(yáng)能電池已經(jīng)上市,但薄膜太陽(yáng)能電池卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。這至少部分是由于雙面CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的效率相當(dāng)?shù)?,這是由一個(gè)關(guān)鍵的瓶頸問(wèn)題引起的:對(duì)于任何能夠在背面收集反射陽(yáng)光的雙面太陽(yáng)能電池,光學(xué)透明電接觸是先決條件。這是通過(guò)使用透明導(dǎo)電氧化物(TCO)替代傳統(tǒng)(即單面)鉬制太陽(yáng)能電池中的不透明背接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
有害的氧化物形成
高效CIGS太陽(yáng)能電池一般采用550℃以上的高溫沉積工藝生產(chǎn)。然而,在這些溫度下,(CIGS層的)鎵與透明導(dǎo)電氧化物后觸點(diǎn)的氧之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由此產(chǎn)生的氧化鎵界面層會(huì)阻擋陽(yáng)光產(chǎn)生的電流,從而降低電池的能量轉(zhuǎn)換效率。到目前為止,單個(gè)電池的最高值是正面為9.0%,背面為7.1%?!皩?duì)于具有前后透明導(dǎo)電觸點(diǎn)的太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō),要獲得良好的能量轉(zhuǎn)換效率真的很困難,”領(lǐng)導(dǎo)Empa薄膜和光伏實(shí)驗(yàn)室的AyodhyaN.Tiwari說(shuō)。
因此,Tiwari實(shí)驗(yàn)室RomainCarron小組的博士生Shih-ChiYang開(kāi)發(fā)了一種新的低溫沉積工藝,該工藝應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生更少的有害氧化鎵——理想情況下根本不會(huì)產(chǎn)生。他們使用少量銀來(lái)降低CIGS合金的熔點(diǎn),并在僅350°C的沉積溫度下獲得具有良好電子特性的吸收層。當(dāng)他們用高分辨率透射電子顯微鏡(TEM)分析多層結(jié)構(gòu)時(shí),在Tiwari的前博士后林子英(目前在臺(tái)灣國(guó)立清華大學(xué))的幫助下,該團(tuán)隊(duì)無(wú)法檢測(cè)到任何氧化鎵在所有的界面。
以超過(guò)33%的能源產(chǎn)出為目標(biāo)
這也反映在能量轉(zhuǎn)換效率的顯著提高上:該電池的前照度和后照度分別為19.8%和10.9%,已通過(guò)德國(guó)弗萊堡弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所(ISE)的獨(dú)立認(rèn)證——玻璃基板上的相同電池。
該團(tuán)隊(duì)還首次成功地在柔性聚合物基板上制造了雙面CIGS太陽(yáng)能電池,由于其重量輕且柔韌性好,擴(kuò)大了潛在應(yīng)用范圍。
最后,研究人員結(jié)合了兩種光伏技術(shù)——CIGS和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池——生產(chǎn)出雙面串聯(lián)電池。據(jù)悉,雙面CIGS技術(shù)有可能產(chǎn)生超過(guò)33%的能量轉(zhuǎn)換效率,為未來(lái)的薄膜太陽(yáng)能電池開(kāi)辟了更多機(jī)會(huì)。