Průlom v tenkovrstvých solárních článcích

Možné výrazné zlepšení účinnosti

Amorfní tenkovrstvý solární článek © CC-by-sa 3.0
číst nahlas

Vědci udělali důležitý průlom v hledání účinnějších tenkovrstvých solárních článků. Počítačová simulace takzvaného puzzle india a gallia ukazuje, že nerovnoměrné atomové distribuce jsou příčinou nižší účinnosti. Pokud jsou buňky produkovány při vyšších teplotách, lze účinnost zvýšit až o 30 procent, podle studie v časopise "Physical Review Letters".

Tenkovrstvé solární články mají stále rostoucí podíl na trhu se solárními články. Protože jsou silné jen několik mikrometrů, šetří materiál a výrobní náklady. Nejvyšší úrovně účinnosti, v současné době kolem 20 procent, jsou dosahovány tenkovrstvými solárními články CIGS, ve kterých je sluneční světlo absorbováno tenkou vrstvou mědi, india, galia, selenu a síry. Teoreticky možná účinnost není zdaleka dosažena.

Simulátory puzzle efektivity cracků

V rámci projektu comCIGS spolupracují různé německé univerzity se společnostmi na hledání způsobů, jak dále optimalizovat tenkovrstvé solární články CIGS. Hlavní zaměření vědců z Mainzské univerzity pod vedením profesorky Claudie Felserové je nevysvětlitelné puzzle india a gallia: Ačkoli předchozí výpočty předpovídaly optimální poměr indium-gallium 30:70, v praxi je v jedné z nich nejvyšší účinnost přesně inverzní poměr 70:30.

K objasnění toho, proč vědci použili počítačové simulace ke zkoumání vlastností CIGS materiálu, jehož přesný vzorec je Cu (In, Ga) (Se, S) 2. Mimo jiné provedli nové výpočty pomocí hybridní metody, která je kombinací výpočtů s hustotou a funkcí a simulací Monte Carlo. "Hustotně-funkční výpočty kvantově mechanicky vypočítávají energie místních struktur." Výsledky se používají ke stanovení teplotních účinků na velkých délkách pomocí simulací Monte Carlo, “vysvětluje použitou metodu Thomas Gruhn, vedoucí teoretické skupiny.

Atomy nejsou rovnoměrně distribuovány

Pomocí simulací vědci zjistili, že atomy india a gallia nejsou rovnoměrně distribuovány v materiálu CIGS. Místo toho, těsně pod normální pokojovou teplotou, je fáze, kdy jsou indium a gallium zcela odděleny. Nad teplotou demixování se tvoří shluky atomů india nebo gallia různých velikostí. Čím vyšší je teplota, tím homogennější je materiál. Navíc CIGS bohaté na gallium je vždy nehomogenní než CIGS bohaté na indium. Vyšší nehomogenita degraduje optoelektronické vlastnosti materiálu bohatého na gallium, což přispívá k dosud nepochopeným neefektivnostem galových CIGS buněk. zobrazit

Poznámky ke zlepšení výroby

Výpočty také poskytují konkrétní indikaci pro výrobu solárních článků CIGS. Pokud výrobní proces probíhá při vyšší teplotě, stává se materiál mnohem homogennějším. Pokud je poté dostatečně rychle ochlazena, je zachována požadovaná homogenita. V praxi byla procesní teplota vždy omezena omezenou tepelnou odolností skla, které slouží jako substrát pro solární články.

V tomto ohledu bylo nedávno dosaženo rozhodujícího průlomu. Společnost Schott AG vyvinula speciální sklo, které zvýšilo procesní teplotu na více než 600 ° C. Výsledkem jsou mnohem homogennější buňky. Nový záznam účinnosti buněk je tedy na dosah. Projekt comCIGS však již uvažuje dopředu. "V současné době se pracuje na velkoformátových solárních článcích, které by měly z hlediska účinnosti překonat obchodovatelné články, " oznamuje Gruhn. "Šance jsou dobré."

(University Mainz, 20.07.2010 - NPO)