提高铜、铟和硒化镓太阳能电池效率的策略

据日本前太阳能公司 Solar Frontier 在 2019 年的报告，直到最近，基于黄铜矿的太阳能电池的最大电力转换效率达到了 23.35%。 然而，迄今为止，提高这种效率已被证明是一项重大挑战。

乌普萨拉大学和瑞典第一欧洲太阳能技术中心 AB（前身为 Evolar AB）的研究人员最近将黄铜矿太阳能电池的效率提高了 23.64%。 这个效率， 提及 在 自然能量，是通过两种基本技术实现的，即高浓度银合金和陡峭的镓分级。

“我们研究的主要目标是提高基于 CIGS 的薄膜太阳能电池的效率，最终降低相应大型模块的每瓦峰值价格，”该论文的第一作者 Jan Keller 告诉 Phys 。 组织。 “我们的工作受益于过去几十年来世界各地许多研究小组的研究结果。”

激发本文灵感的先前研究工作之一是将银与铜、铟和硒化镓合金化的成功，大约二十年前由日本的一个研究小组首次证明。 此外，研究人员受到 10 年前研究的启发，该研究证明了在吸附剂中应用重碱物质的有益效果。

“除了近 40 年国际黄铜矿太阳能电池研究的基础上，我们还结合了四种不同的方法来提高性能，”凯勒解释道。 “具体来说，我们在吸收器中添加了相对较高浓度的银，应用了‘曲棍球棒’般的镓深度分布，为吸收器组合物设计了 RbF 后沉积处理，并对吸收器进行了长时间的照明。”

通过结合这些设计和制造策略，Keller 和他的同事能够改善 CIGS 的微观结构，降低缺陷密度并抑制带隙波动。 此外，它们还可以钝化太阳能电池中的吸收体表面并增加掺杂密度。

在初步测试中，他们的标准CIGS太阳能电池实现了1.6%的高外辐射效率，从而产生了相对较低的开路电压赤字。 值得注意的是，该器件实现了迄今为止 CIGS 太阳能电池中报道的最高效率，其性能得到了独立的 Fraunhofer ISE（德国）的外部认证。

“我们能够将基于 CIGS 的太阳能电池的先前标准效率从 23.35%（Solar Frontier，2019 年，日本）提高到 23.64%（外部认证），这是一个重大改进，”Keller 说。 对于外部认证，荫罩（A=0.9 cm²）必须使用。 在没有遮光罩的情况下，我们在实验室测得效率为 23.75%（A=1.03 cm²））”。

该研究小组的最新工作提出了一种有前景的生产工艺，可实现黄铜矿太阳能电池的更高效率。 这些结果可以作为这些太阳能电池进一步进展的基础，这可能有助于它们的广泛部署。

在他们的论文中，Keller 和同事概述了一系列可能的策略来提高基于黄铜矿的太阳能电池的性能，目标是达到超过 25% 的效率。 这些策略中最直接的就是减轻寄生虫吸收损失，这可以通过多种方式实现。

“最终，必须降低吸收体质量的缺陷密度。虽然 CIGS-PV 比当前标准效率的钙钛矿器件更稳定，但它的非辐射复合损失要高得多。因此，未来的研究将集中在限制上。” “黄铜矿薄膜在更透明的电极之间效果更好，”凯勒补充道。

“A EMPA（瑞士）最近进行的研究 它显示出双面应用的巨大潜力，这需要用透明导电氧化物层替换铝背接触。”