德国科学家提出CIGS电池效率有望达到33%

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经过近年来的不断研究,基于铜、铟、镓和硒(CIGS)半导体的薄膜太阳能电池效率已经提高到23%以上。

然而,由巴登-符腾堡州太阳能和氢气研究中心(ZSW)、马丁-路德大学哈勒-维滕贝格分校(MLU)和柏林赫尔姆霍兹中心(HZB)组成的一个研究小组找到了进一步提高效率的潜力。这队科学家在最近发表在《自然·通讯》上的一篇论文中概述了他们的发现。

这一发现基于今年结束的EFFCIS联合项目的研究。该项目为期3.5年,由德国联邦经济事务和能源部提供资助。

科研人员称,CIGS薄膜太阳能电池的理论效率可以达到33%左右。但实际值与此存在差异,这源自于CIGS太阳能电池中的损耗机制。这种损耗可能发生在功能层,也可能发生在电池的几个界面。到目前为止,这些推测均未得到确凿验证,围绕这些损耗发生的位置和原因尚且围绕着大量讨论。但一个德国研究团队声称已确定了发生的具体位置。

“一些损耗发生在太阳能电池单个CIGS晶体之间的边界位置,”ZSW的项目经理Wolfram Witte表示,“在这些被称为晶界的地方,一定比例的晶界也具有电活性,正负电荷可以相互中和。”

为了确定这种损耗机制,研究人员将实验测量方法与计算机模拟相结合。为此,HZB使用各种电子显微镜观测流程和光电测量方法,分析了一种高效的CIGS太阳能电池。此举目的是为团队的二维组件模拟提供尽可能真实的数值。

ZSW采用共蒸发法来生产这种CIGS太阳能电池,在真空中让铜、铟、镓和硒等元素同时沉积。在没有附加防反射层的情况下,电池效率达到了21%。研究人员表示,他们将电池的真实微观结构与实验获得的各种分析方法数值一起用作二维模拟的输入参数。

分析结果显示,CIGS层内电活性晶界处的重合度增加了,这导致了显著的损耗。这使开路电压和填充因子情况恶化,从而降低了太阳能电池的效率。“为了以后能够进一步提高CIGS薄膜太阳能电池和组件的效率,我们应降低具有电活性的晶界的密度,并生产出具有更大晶粒的CIGS层,”Witte解释说。

这在技术层面上,可通过在CIGS层中添加额外的添加剂、调整基材材料或通过优化涂层过程中的温度平衡来实现。

来源:www.pv-magazine.com

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