Ученые Empa - швейцарской Федеральной лаборатории материаловедения и технологий разработали тонкопленочные солнечные элементы на гибкой полимерной основе, обладающие рекордной эффективностью преобразования солнечного света в электричество 20,4%. Новый рекорд в очередной раз продемонстрировал высокий потенциал полупроводникового материала CIGS, селенида меди-индия-галия.
Исследователи всего мира уже давно пытаются разработать недорогую солнечную ячейку, одновременно эффективную в работе и простую в производстве. Научная команда лаборатории тонкой пленки и фотогальваники Empa во главе с Айодхье Н. Тивари (Ayodhya N. Tiwari) совершила очередной прорыв в направлении к этой цели. Ученые добились рекордного значения 20,4% эффективности преобразования энергии для тонкопленочных солнечных батарей на базе CIGS.
Рекордные показатели зафиксированы и сертифицированы Институтом Фраунгофера во Фрайбурге, Германия.
Новый рекорд значительно улучшил прежнее достижение того же коллектива, зафиксированное в мае 2011 года, когда удалось продемонстрировать значение эффективности 18,7%. Нынешнее достижение – пятый рекорд на счету лаборатории. Первый был установлен еще в 1999 году, когда пленочные солнечные технологии показали эффективность 12,8%.
Особая заслуга в разработке новых решений пленочных технологий на этот раз принадлежит аспирантам Адриану Кирилэ (Adrian Chirila) и Фабиану Пианецци (Fabian Pianezzi). Именно их идеи в результате слаженной работы всего коллектива трансформировались в практические достижения. Изменения свойств слоя CIGS было достигнуто благодаря применению низкой температуры при выращивании кристаллов.
В результате нововведений пленочные солнечные элементы смогли продемонстрировать такую же эффективность, как солнечные батареи на основе поликристаллического кремния, и даже выше, чем CIGS ячейки на стеклянных подложках, для которых зафиксировано максимальное значение 20,3%. Таким образом, как отметил А.Н. Тивари: «В конечном итоге удалось перекрыть «разрыв эффективности» между солнечными элементами на основе поликристаллического кремния, CIGS пластинами и тонкими пленками на стекле».
Тонкие, легкие и гибкие высокопроизводительные солнечные модули привлекательны для многих приложений, их можно использовать на фасадах и крышах зданий, на автомобилях и портативной электронике. Солнечные элементы в виде пленок производятся в виде непрерывной ленты, сматываемой в рулоны, что предполагает значительно меньшие затраты, чем стандартные кремниевые технологии. Потенциально пленки способны значительно удешевить солнечную энергетику в ближайшем будущем.
Рекорд, зафиксированный Empa, показывает, что эффективность гибких элементов на базе CIGS сравнима с производительностью кремниевых ячеек. Как считает директор Empa Жан-Люк Бона (Gian-Luca Bona): «Теперь настало время для следующего шага, применения технологии для создания производственного процесса с индустриальным партнером». С этой целью Empa сотрудничает с компанией Flisom.
Научно-исследовательская деятельность Empa на протяжении многих лет поддерживается Швейцарским национальным научным фондом, Комиссией по технологиям и инновациям, Федеральным бюро энергетики и программой ЕС Framework.
