Nový solární článek využívá strukturu trisulfidu antimonitého (Sb2S3) jako vrstvu zadního povrchového pole (BSF). Podle jeho tvůrců může být tato vrstva zahrnuta do konvenčních solárních článků CIGS, aby se zlepšila jejich účinnost. A zároveň aby se snížily náklady na materiál absorbéru.
Mezinárodní skupina vědců navrhla novou strukturu solárních článků měď-indium-gallium selenid (CIGS). Ty využívají trisulfid antimonitý (Sb2S3) jako vrstvu zadního povrchového pole (BSF).
Sb2S3 je slibným kandidátem pro fotovoltaickou komunitu díky množství prvků. Ty se vyskytují na Zemi a jsou šetrné k životnímu prostředí, spolu s vhodnými optoelektronickými vlastnostmi, jako je žádoucí pásmová mezera kolem 1,7 eV, velký absorpční koeficient a dlouhodobá stabilita.
Vrstvy BSF se skládají z vyšší dotované oblasti na zadním povrchu solárního článku. A běžně se tak používají ke zvýšení napětí zařízení. „Sb a S jsou na Zemi hojně dostupné. Začlenění silné vrstvy Sb2S3 do průmyslových solárních článků CIGS tedy může účinně snížit jejich výrobní náklady,“ uvedli vědci. ,,Snížením tloušťky a nákladů na absorpční vrstvu CIGS tento přístup slibuje, že solární energie bude dostupnější a udržitelnější.“
Numericky simulovali a optimalizovali strukturu solárního článku pomocí kapacitního softwaru SCAPS – 1D solárního článku. Ten vyvinula Univerzita v Gentu, aby simuloval nový design článku.
Akademici vyrobili článek se zadní kontaktní vrstvou vyrobenou z niklu (Ni), vrstvou BSF na bázi Sb2S3, absorbérem CIGS, vrstvou pro přenos elektronů (ETL) vyrobenou z disulfidu cínu (SnS2), vrstvou okna na bázi fluoru dopovaného oxidem cínu (FTO) a přední elektrody vyrobené z hliníku (Al).
Struktura solárních článků CIGS s trisulfidem antimonitým slibuje účinnost 31,15 %
V simulaci výzkumníci optimalizovali tloušťky vyrovnávacích, absorbčních a BSF vrstev. Zkoumali také hustotu akceptoru, hustotu defektů i kapacitní napětí (C–V). Dále taky hustotu defektů rozhraní, rychlosti generování a rekombinace, provozní teplotu, hustotu proudu a kvantovou účinnost.
,,Po optimalizaci podrobností se zjistilo, že optimální tloušťky pro okno FTO, absorbér CIGS, pufr SnS2 a vrstvy Sb2S3 BSF jsou 0,05 μm, 1,0 μm, 0,05 μm a 0,20 μm, v tomto pořadí, “ uvedla skupina. „Velká tloušťka nárazníku vytváří sériový odpor a absorpční ztráty ve struktuře solárních článků. Protože nárazník umožňuje pronikání světla do zařízení solárního článku, je zapotřebí vynikající průhlednost a správná tloušťka. Což je 0,05 mm pro pufr SnS2 v naší navrhované struktuře.“
S těmito optimalizovanými parametry vykazoval simulovaný článek s dvojitým heteropřechodem (DH) účinnost přeměny energie 31,15 %, napětí naprázdno 1,08 V, hustotu zkratového proudu 33,75 mA cm2 a faktor plnění 88,50 %. Referenční článek CIGS optimalizovaný a simulovaný bez vrstev Sb2S3 BSF dosáhl účinnosti 22,14 %, napětí naprázdno 0,91 V, hustoty zkratového proudu 28,21 mA cm2 a faktoru plnění 86,31 %.
„Výsledky této studie poskytují pohled na vývoj ultratenké vrstvy Sb2S3 BSF. Tu lze začlenit do konvenčních solárních článků CIGS, aby se zlepšila jejich účinnost. A taky aby se snížily se náklady na materiál absorbéru,“ uzavřela skupina.
Jeho zjištění a koncept solárních článků se prezentovaly ve studii „Zlepšení účinnosti solárního článku CIGS na více než 31 % s Sb2S3 jako novým BSF: numerický simulační přístup od SCAPS-1D“. Ten se publikoval v RSC Advances. Tým zahrnoval vědce z bangladéšské Begum Rokeya University, Hajee Mohammad Danesh Science and Technology University a Pabna University of Science and Technology. Jakož i z Mexické autonomní univerzity Querétaro, irácké Al-Karkh University of Science a saúdskoarabské univerzity King Khalid University.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
