Ηλιακή κυψέλη κεστερίτη χωρίς κάδμιο με απόδοση 9,7%
ηλιακή κυψέλη, κεστερίτης, φωτοβολταϊκά, νέα τεχνολογία
Ερευνητές στην Κίνα ανέπτυξαν ένα μία ηλιακή κυψέλη κεστερίτη που λένε ότι έχει βελτιώσει την απόδοση και τη σταθερότητα. Η συσκευή κατάφερε να διατηρήσει περίπου το 90% της αρχικής της αποτελεσματικότητας μετά από 100 ημέρες χωρίς ενθυλάκωση.
Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Βαρκελώνης στην Ισπανία ανέπτυξαν ηλιακή κυψέλη υπερστρώματος κεστερίτη χωρίς κάδμιο με μια νέα προσέγγιση για τον καθαρισμό του αργύρου (Ag).
«Ο Κεστερίτης είναι ένα φωτοβολταϊκό υλικό που αποτελείται από άφθονα για τη γη, μη τοξικά στοιχεία» , δήλωσε ο συγγραφέας της έρευνας, Γεράσιμος Κωνσταντάτος . «Ωστόσο, πρέπει να ξεπεραστεί μια τεχνολογική συμφόρηση που προέρχεται από έλλειψη υλικού, ασταθή διεπαφή και τοξικό ρυθμιστικό στρώμα θειούχου καδμίου (CdS). Στην εργασία μας, χρησιμοποιήσαμε ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα ρυθμιστικού διαλύματος 200 nm , χωρίς κάδμιο, κατασκευασμένο από οξείδιο του τιτανίου (TiO 2 ), ανεστραμμένες στοίβες συσκευών και, το πιο σημαντικό, διύλιση αργύρου. Αυτό το βήμα διύλισης είναι επωφελές για την ελεγχόμενη προώθηση της ανάπτυξης των σιτηρών και τη βελτίωση των μεταφορών με οχήματα».
Οι ερευνητές κατασκεύασαν την ηλιακή κυψέλη με ένα υπόστρωμα κεστερίτη γνωστό ως CAZTS, ένα υπόστρωμα οξειδίου κασσιτέρου (FTO) , ένα στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETL) με βάση το οξείδιο του τιτανίου (TiO 2 ) και ένα φιλμ από πολυμερές PTB7 , τριοξείδιο του μολυβδαινίου (MoO 3) και χρυσό (Au). «Η διύλιση του Ag στον απορροφητή πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της κατασκευής της μεμβράνης, όπου ένα επιπλέον στρώμα διαλύματος χωρίς χαλκό επικαλύφθηκε », εξήγησαν.
Η ερευνητική ομάδα εξέτασε το στοιχείο υπό τυπικές συνθήκες φωτισμού και διαπίστωσε ότι πέτυχε απόδοση μετατροπής ισχύος 9,7%, το οποίο περιέγραψε ως νέο ρεκόρ για αυτόν τον τύπο συσκευής . Η ηλιακή κυψέλη ήταν επίσης σε θέση να διατηρήσει περίπου το 90% της αποτελεσματικότητας μετά από 100 ημέρες χωρίς ενθυλάκωση. Οι ακαδημαϊκοί είπαν ότι η διύλιση αργύρου είχε ως αποτέλεσμα διπλασιασμένα κατά μέσο όρο μεγέθη κόκκων, διευρυμένο εξαντλημένο πλάτος περιοχής και βελτιωμένη κινητική μεταφοράς, η οποία με τη σειρά της ήταν υπεύθυνη για την αύξηση της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και του συντελεστή πλήρωσης της κυψέλης.
«Η εσθονική εταιρεία Crystalsol Inc. κατασκεύασε πρόσφατα εύκαμπτα, ελαφριά, διαφανή και χαμηλού κόστους ηλιακά πλαίσια», είπε ο Κωνσταντάτος . «Σύμφωνα με την έκθεσή του, το κόστος παραγωγής μιας μονάδας κεστερίτη είναι περίπου 0,35 $/W. Δεδομένου ότι ο κεστερίτης αποτελείται μόνο από στοιχεία άφθονα στη γη, δεν έχει θεμελιώδες όριο κλίμακας έως και τεραβάτ, αντί της σπανιότητας του ινδίου και του γαλλίου σε ηλιακές κυψέλες λεπτής μεμβράνης χαλκού, ινδίου, γαλλίου και σεληνίου (CIGS). Επιπλέον, δεδομένου ότι η τρέχουσα απόδοση της μονάδας κεστερίτη είναι περίπου 10%, που συγκρίνεται με περίπου 20% για το CIGS, μπορεί να επιτευχθεί περαιτέρω μείωση του κόστους με βελτιωμένη απόδοση και μαζική παραγωγή.»
Παρουσίασαν τη συσκευή στην εργασία « Ag-Refined Kesterite in Superstrate Solar Cell Configuration with 9,7% Power Conversion Efficiency », που δημοσιεύτηκε στο Advanced Functional Materials . Σε αυτή τη μελέτη, εισαγάγαμε το ασήμι που είναι ένα αρκετά ακριβό στοιχείο, αλλά με εξαιρετικά λεπτό απορροφητή που είναι περίπου 10 φορές λεπτότερο από το συμβατικό φιλμ κεστερίτη, επομένως το προκύπτον κόστος για το υλικό παρέμεινε το ίδιο, το οποίο διατηρεί το πλεονέκτημα χαμηλού κόστους του παρθένου κεστερίτη .»
