Nowy sposób produkcji cienkowarstwowych ogniw słonecznych
Naukowcy z Indii zaprezentowali nowy sposób wytwarzania cienkowarstwowych ogniw słonecznych, wykorzystujący tlenek bizmutu miedzi (CuBi2O4). Dla zaproponowanej konstrukcji ogniwa osiągnęli sprawność około 27,7 proc.
Tlenek bizmutu miedzi (kusachiite) uważany jest za wschodzący półprzewodnik, który może mieć duży potencjał wdrożeniowy przy budowie nowoczesnych cienkowarstwowych ogniw słonecznych. Ogniwa takie mają konkurować z wciąż niedoskonałymi ogniwami na bazie materiałów perowskitowych, a także z konwencjonalnymi ogniwami krzemowymi.
W jednej z ostatnich prac badawczych grupa naukowców z Indian Institute of Technology Indore (IIT-Indore) prowadziła prace nad zaprojektowaniem cienkowarstwowego ogniwa słonecznego wykorzysującego CuBi2O4 jak warstwę absorbującą promieniowanie słoneczne.
Indyjscy badacze opracowali ogniwo składające się z podłoża wykonanego ze szła z tlenku cyny domieszkowanego fluorem (FTO), różnych warstw buforowych (CdS, WS2, SnS2 oraz ZnS), absorbera w postaci CuBi2O4 oraz metalowego styku wykonanego ze złota. W kolejnym kroku za pomocą symulacji z użyciem oprogramowania Solar Cell Capacitance Simulator-1D (SCAPS-1D) ocenili wydajność pracy poszczególnych ogniw z różnymi warstwami buforowymi, a także różnymi grubościami absorbera.
Grubość absorbera a sprawność ogniwa
Wyniki badań wykazały, że bardzo duży wpływ na końcową sprawność cienkowarstwowego ogniwa słonecznego z dodatkiem CuBi2O4 miała grubość i gęstość domieszkowania wspominanego tlenku, a także rodzaj zastosowanego związku w roli warstwy buforowej.
Udowodniono, że zwiększanie grubości warstwy absorbującej z CuBi2O4 poza długość dyfuzji ładunku prowadzi do rekombinacji ładunku, co skutkuje ograniczeniem sprawności konwersji energii. W przypadku osadzania warstw tlenku bizmutu miedzi za pomocą powlekania obrotowego uzyskano dużo cieńsze warstwy absorbera (około 50 nm), co pozwoliło w sposób znaczący zmniejszyć straty elektryczne wywołane m.in. przez wspomnianą rekombinację ładunku.
Wśród testowanych warstw buforowych (CdS, WS2, SnS2 oraz ZnS) w uzyskaniu najwyższej sprawności najlepszym związkiem okazał się siarczek cyny. Przy skonstruowaniu odpowiednio cienkiej warstwy absorbera (CuBi2O4) i wykorzystaniu SnS2 w roli warstwy buforowej badacze osiągnęli 27,7 proc. sprawności pojedynczego cienkowarstwowego ogniwa słonecznego. Wykorzystanie w roli warstwy buforowej dwusiarczku wolframu (WS2) pozwoliło uzyskać sprawność konwersji na poziomie 22,84 proc.
Potencjał technologii
Zdaniem naukowców dokładne poznanie procesów wytwarzania ogniw cienkowarstwowych z wykorzystaniem CuBi2O4 może okazać się opłacalne ekonomicznie, a nawet tańsze w porównaniu z wytwarzaniem powszechnie stosowanych krystalicznych ogniw krzemowych. Ich zdaniem kluczowe jest opracowanie dobrze zoptymalizowanego, przemysłowego procesu syntezy cienkich warstw CuBi2O4 o niskiej gęstości defektów.
Wyniki swoich ostatnich badań naukowcy przedstawili w artykule opublikowanym w „Solar Energy”.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
