Рекорд ефективності плівкових сонячних елементів

Вчені Empa – швейцарської Федеральної лабораторії матеріалознавства і технологій розробили тонкоплівкові сонячні елементи на гнучкій полімерній основі, що володіють рекордної ефективністю перетворення сонячного світла в електрику 20,4%. Новий рекорд в черговий раз продемонстрував високий потенціал напівпровідникового матеріалу CIGS, селеніду міді-індію-галію.

Дослідники всього світу вже давно намагаються розробити недорогу сонячну клітинку, одночасно ефективну в роботі і просту у виробництві. Наукова команда Лабораторії тонкої плівки і фотогальванікі Empa на чолі з Айодхье Н. Тіварі (Ayodhya N. Tiwari) зробила черговий прорив у напрямку до цієї мети. Вчені добилися рекордного значення 20,4% ефективності перетворення енергії для тонкоплівкових сонячних батарей на базі CIGS. Рекордні показники зафіксовані і сертифіковані Інститутом Фраунгофера у Фрайбурзі, Німеччина.

Новий рекорд значно поліпшив колишнє досягнення того ж колективу, зафіксоване в травні 2011 року, коли вдалося продемонструвати значення ефективності 18,7%. Нинішнє досягнення – п’ятий рекорд на рахунку лабораторії. Перший був встановлений ще в 1999 році, коли плівкові сонячні технології показали ефективність 12,8%.

Особлива заслуга в розробці нових рішень плівкових технологій на цей раз належить аспірантам Адріану Кіріле (Adrian Chirila) і Фабіану Піанецці (Fabian Pianezzi). Саме їхні ідеї в результаті злагодженої роботи всього колективу трансформувалися в практичні досягнення. Зміни властивостей шару CIGS було досягнуто завдяки застосуванню низької температури при вирощуванні кристалів.

У результаті нововведень плівкові сонячні елементи змогли продемонструвати таку ж ефективність, як сонячні батареї на основі полікристалічного кремнію, і навіть вище, ніж CIGS осередку на скляних підкладках, для яких зафіксовано максимальне значення 20,3%. Таким чином, як зазначив А.Н. Тіварі: «У кінцевому підсумку вдалося перекрити« розрив ефективності »між сонячними елементами на основі полікристалічного кремнію, CIGS пластинами і тонкими плівками на склі».

Тонкі, легкі і гнучкі високопродуктивні сонячні модулі привабливі для багатьох додатків, їх можна використовувати на фасадах і дахах будинків, на автомобілях і портативній електроніці. Сонячні елементи у вигляді плівок виробляються у вигляді безперервної стрічки, змотуваної в рулони, що припускає значно менші витрати, ніж стандартні кремнієві технології. Потенційно плівки здатні значно здешевити сонячну енергетику в найближчому майбутньому.

Рекорд, зафіксований Empa, показує, що ефективність гнучких елементів на базі CIGS порівняна з продуктивністю кремнієвих осередків. Як вважає директор Empa Жан-Люк Бона (Gian-Luca Bona): «Тепер настав час для наступного кроку, застосування технології для створення виробничого процесу з індустріальним партнером». З цією метою Empa співпрацює з компанією Flisom.

Науково-дослідна діяльність Empa протягом багатьох років підтримується Швейцарським національним науковим фондом, Комісією з технологій та інновацій, Федеральним бюро енергетики і програмою ЄС Framework.