4 мин. чтения
9/28/2023 11:16:03 AM

Многослойная стратегия проектирования высокоэффективных тонких кристаллических солнечных элементов кремния

Article Preview Image Высокопроизводительный конструкция солнечных элементов с тонким кристаллическим кремниевым (C-SI) на 20 мкм использует гораздо меньше кремния.Цифры из отчета Xie et al.Включите (слева) полуфабрикатую ячейку C-Si на гибкую стальную субстрат;(середина) полная ячейка;(справа) изображение изготовленной тонкой ячейки C-Si, показывающее ее гибкость.Кредит: Журнал фотоники для энергии (2023).Doi: 10.1117/1.jpe.13.035501

Солнечная энергия стала незаменимой в нашем глобальном стремлении к чистой энергии и устойчивости.Сегодня около 95% солнечных элементов производится с использованием кристаллического кремния (C-Si).Большинство коммерческих конструкций используют фотоактивный слой C-Si с толщиной около 160–170 мкм.Однако, поскольку только кремний составляет почти половину стоимости каждой солнечной панели, эксперты считают, что солнечные элементы C-Si следующего поколения будут намного тоньше.

К сожалению, несмотря на несколько недавних улучшений, эффективность преобразования тонких солнечных элементов C-Si все еще значительно отстает от эффективности толстых промышленных.Эта проблема проистекает из того факта, что лучшие стратегии проектирования для тонких ячеек C-Si только максимизируют отдельные параметры, такие как плотность тока короткого замыкания, напряжение открытого круга или коэффициент заполнения.Ни один из текущих методов не может одновременно улучшить эти параметры, все из которых важны для реализации высокой эффективности.

На этом фоне исследовательская группа из Университета Ханчжоу Дианзи, Китай, разработала новую стратегию для достижения значительных повышений эффективности в тонких солнечных элементах C-Si.Их исследование, опубликованное «Журнал фотоники для энергии», представляет собой значительный прорыв в области технологии солнечных элементов кремния.

Предлагаемая стратегия оптимизирует несколько ключевых оптических и электрических характеристик, которые команда определила, что она отвечает за различия в эффективности преобразования толстых и тонких солнечных элементов C-Si.Используя коммерческие программы, они запустили оптическое моделирование различных тонких клеточных конструкций.Благодаря дальнейшим экспериментам с использованием солнечных элементов исследователи прибыли в инновационную методологию изготовления, которая предлагает несколько преимуществ по сравнению с обычными методами.

Вместо того, чтобы использовать подход кремния на слизь, обычно используемый для изготовления толстых слоев C-Si, команда использовала метод передачи слоя.Они использовали гидрофлюорическую кислоту для травления в толстую кремниевую пластину.Этот пористый слой служил субстратом для выращивания монокристаллического кремниевого слоя на 20 мкм, который может быть легко отстранен и перенесен на гибкий субстрат из нержавеющей стали.

Чтобы повысить оптические и электрические характеристики тонкого кремниевого слоя, исследователи откладывали несколько металлических нановолокна на обеих сторонах, используя осаждение химического пара, усиленное в плазме-слои SIO2/SINX/SIOX и слои Al2O3/SINX/SIOX с пирамидной текстурой по бокам.лицом к передней и задней части солнечного элемента, соответственно.

Передние слои Sinx/Siox и заднего Siox/Sinx увеличивали поглощение света кремниевого слоя в более коротких и длинных длин волн соответственно.Это, в свою очередь, увеличило плотность тока короткого замыкания-меру количества носителей заряда, которые могут генерироваться и собирать солнечным элементом.По сравнению со стандартным солнечным элементом, используемым в качестве эталона плотность тока увеличилась с 34,3 до 38,2 мА/см2.

Кроме того, слои SIO2 и AL2O3 обеспечивали высокую поверхностную пассивацию, сводя к минимуму рекомбинацию и потерю генерируемых носителей заряда.Это привело к более высокому напряжению открытого круга-меру максимального напряжения, генерируемого солнечным элементом.Он был увеличен с 632 мВ в эталонной ячейке до 684 мВ при использовании предложенной конструкции.Следовательно, коэффициент заполнения солнечного элемента, индикатор того, насколько близко солнечный элемент работает до ее теоретической максимальной эффективности, увеличился с 76,2 до 80,8%.

Как подтверждено как моделированием, так и экспериментами, предлагаемая стратегия привела к повышению эффективности конверсии с 16,5 до 21,1%, что значительное увеличение составляет 4,6% (соответствует приблизительно 28% улучшению, по сравнению с эталонной ячейкой).Это ставит эффективность тонких солнечных элементов C-Si вблизи эффективности их промышленных толстых аналогов, которые сегодня составляют 24%.

JPE Associate Editor Leonidas Palilis, профессор физики конденсированного вещества в Университете Патрас, Греция, замечания: «В целом, результаты этого исследования представляют собой новый способ реализации высокопроизводительных тонких кристаллических солнечных элементов кремния, используя гораздо меньший кремний-для 20Клетка-мкм, около одного восьмого количества, необходимого для толстой ячейки 160 мкм на данном размере панели ».

Этот аванс, вероятно, будет способствовать более широкому экономически эффективному внедрению технологии солнечной энергии кремния из-за снижения стоимости и сопутствующего расширения производственных мощностей солнечных батарей.

Больше информации: Guanglin Xie et al. Исследование значительного повышения эффективности тонких кристаллических кремниевых солнечных элементов, журнал фотоники для энергии (2023).Doi: 10.1117/1.jpe.13.035501

Получи бесплатную еженедельную рассылку со ссылками на репозитории и лонгриды самых интересных историй о стартапах 🚀, AI технологиях 👩‍💻 и программировании 💻!
Присоединяйся к тысячам читателей для получения одного еженедельного письма

Подписывайся на нас:

Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.

Добавляй ЛРНЧ в свою ленту Google Новостей.
Читайте далее 📖

Триод для беспроводной связи и оптически управляемых вычислений

5/18/2024 · 4 мин. чтения

Триод для беспроводной связи и оптически управляемых вычислений

Исследователи изучают левитирующие дизельные и биодизельные капли для более эффективных биодвигателей

5/16/2024 · 4 мин. чтения

Исследователи изучают левитирующие дизельные и биодизельные капли для более эффективных биодвигателей