21 ноября 2022 г.
Немецкий ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung — или Центр исследований солнечной энергии и водорода — Баден-Вюртемберг) достиг эффективности преобразования солнечной энергии 21,1% с помощью тандемного модуля, состоящего из диселенида меди, индия, галлия (CIGS) и перовскитовых материалов. Эти тонкопленочные модули не только очень эффективны, они также могут быть легкими и гибкими. По словам ZSW, модули из легких, гибких материалов открывают двери для многих приложений, которые остаются закрытыми для стандартных жестких модулей, используемых в солнечных парках.
После десятилетий исследований эффективность преобладающих кремниевых элементов приближается к практическому пределу около 27%. В настоящее время только технология тандемных солнечных модулей обещает дальнейшее увеличение до более чем 30% за счет наложения друг на друга различных материалов, которые поглощают разные длины волн солнечного спектра, что в совокупности позволяет лучше использовать ширину солнечного спектра, чем одиночный. солнечная батарея.
Металлоорганические перовскитные материалы имеют большие перспективы для тандемных солнечных модулей. «Некоторые соединения в этом классе материалов обладают превосходными оптическими и электронными свойствами и в изобилии и недорого доступны на Земле», — говорит д-р Ян-Филипп Беккер, глава отдела фотоэлектрических исследований ZSW: исследования материалов. «Благодаря своей большой запрещенной зоне оптической энергии соединения в верхнем солнечном модуле могут очень эффективно использовать высокоэнергетический диапазон солнечного спектра. В то же время они пропускают значительную часть низкоэнергетического диапазона спектра к нижнему солнечному модулю», — добавляет он.
Обычные кремниевые фотоэлементы кажутся очевидным выбором для нижнего солнечного модуля. Однако еще более интересным является использование исключительно тонкопленочных технологий. Нижний модуль также может быть изготовлен из перовскита или CIGS, как в случае с модулем ZSW. CIGS представляет собой смесь материалов — меди, индия и галлия, осажденных из паров на жесткую или гибкую подложку в атмосфере селена. Эксперты института и отраслевые партнеры разработали эту технологию и довели ее до массового производства в более ранних проектах. Спектральное поглощение CIGS можно настроить так, чтобы оно идеально подходило для тандемного композита.
Прототип тандемного солнечного модуля ZSW имеет площадь 9 см2 и достигает эффективности 21,1% и имеет масштабируемую архитектуру компонентов, подходящую для промышленного производства. Лучшая производительность, достигнутая на сегодняшний день с тандемными солнечными модулями из перовскита и CIGS, лишь немного выше – 22%. ZSW уже достиг эффективности 26,6% с этой комбинацией материалов в небольших лабораторных ячейках.
Для достижения этих значений исследователи сначала оптимизировали подмодули. Верхний полумодуль из перовскита должен быть не только высокоэффективным, но и полупрозрачным, чтобы пропускать достаточно света к нижнему модулю. Поэтому было сделано несколько улучшений, в том числе разработка более прозрачных электродов и усиление пассивации пограничных слоев.
Тандемная конструкция в целом во всех подготовленных ячейках и модулях превосходила по эффективности отдельные ячейки или модули. Теперь ZSW стремится к дальнейшему расширению и развитию тандемной тонкопленочной технологии совместными усилиями с заинтересованными отраслевыми клиентами.
Тандемные солнечные элементы, в которых перовскит сочетается с CIGS, предлагают преимущества помимо высокой эффективности. Эта тонкопленочная технология также может быть нанесена на пластиковую или стальную пленку для создания легких и гибких модулей, которые можно использовать во многих других случаях. Они могут быть установлены обычным способом в солнечных парках и легко интегрированы в транспортные средства и на заводские крыши, которые не могут выдерживать большие нагрузки.
Недавние исследования указывают на еще больше преимуществ. Во-первых, производство электроэнергии с помощью тонкопленочных фотоэлектрических модулей обходится дешевле. С другой стороны, производство фотоэлектрических систем потребляет меньше материалов и энергии, чтобы меньше воздействовать на окружающую среду.
ZSW сотрудничает с Технологическим институтом Карлсруэ (KIT) в этой исследовательской инициативе, которая была частью недавно завершенного проекта CAPITANO, финансируемого Федеральным министерством экономики и борьбы с изменением климата Германии (BMWK).
Тандемная ячейка Imec/ZSW перовскит/CIGS достигла рекордной эффективности 24,6 %
/cloudfront-us-east-2.images.arcpublishing.com/reuters/IW7AGDSBD5LOXHFRACKSD6ZVMQ.jpg "Байден собирается направить федеральные агентства для мониторинга рисков искусственного интеллекта, сообщает Politico.")
