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柔性太阳能电池 效率刷新世界纪录

已有 180 次阅读  2011-10-10 17:22

瑞士联邦材料科学与技术实验室(Empa)的科学家们进一步提高了太阳能电池能量转换效率,这种太阳能电池的制备采用铜铟镓(2)硒(也称CIGS:铜铟镓硒),创造了新的世界纪录,就是18.7%,这是一个重大改进,以前的纪录是17.6%,创造者也是这一团队,是在2010年6月创造的。这一测量已经过独立认证,认证者是德国弗赖堡(Freiburg)弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)。

这一切都涉及到钱。为了使太阳能发电能买得起,扩大规模,世界各地的科学家和工程师一直在努力开发低成本太阳能电池,既高效,又易于制造,可实现高产量。现在,瑞士联邦材料科学与技术实验室下属薄膜和光电实验室的一个团队,在阿约提亚N. 蒂瓦里(Ayodhya N. Tiwari)领导下,已经迈出了重要的一步。“柔性CIGS太阳能电池新记录的数值是18.7%,几乎消除了效率差距,这是对比一些太阳能电池,比如基于多晶硅晶圆的太阳能电池,或玻璃上的CIGS薄膜电池”,蒂瓦里说。他深信,“柔性、轻便的CIGS太阳能电池效率可媲美“最高级”产品,具有极大的潜力,将带来模式转变,实现低成本太阳能发电,就在不久的将来。”

这种柔性薄膜CIGS太阳能电池做在聚合物基板上,开发者是瑞士联邦材料科学与技术实验室

柔性高性能CIGS太阳能电池有一个主要优势,就是可以降低制造成本,采用卷对卷工艺,同时,提供高得多的效率,胜过目前市场上的产品。更何况,这种轻巧柔性太阳能组件还具有提供额外的成本效益,这是指在运输,安装,结构框架模块等方面,可显著减少所谓的“系统平衡”成本。两者合计,新的CIGS聚合物电池表现出许多应用优势,如外墙应用,太阳能发电农场,以及便携式电子产品等。高性能设备现在伸手可及,新的研究结果表明,单片-互联(monolithically-interconnected)柔性CIGS太阳能组件,效率超过16%应可以实现,就采用最近开发的工艺和概念。

改进了能量转换效率的CIGS柔性太阳能电池是采用聚合物薄膜。

近年来,薄膜光伏发电技术因为采用玻璃基板,已经发展得足够成熟,可以进行工业生产,但是,柔性CIGS技术仍然是一个新兴领域。最近的效率提高是在研究实验室和试验工厂,是蒂瓦里小组的其他人做的,最初是在苏黎世理工学院(ETH Zurich),几年以后,现在是在瑞士联邦材料科学与技术实验室,这些提高有助于改进性能,克服制造障碍。

密切配合的科学家们来自弗里索姆公司(FLISOM),这是一家刚刚起步的公司,正在扩大和商业化这项技术,瑞士联邦材料科学与技术实验室的小组取得了重要进展,就是低温培育CIGS层,采用柔性铜铟镓硒电池,比以往都更加有效,上升前的纪录数值是14.1%,那是在2005年,新的“高分”是18.7%,超过任何类型的柔性太阳能电池,只要是生长在聚合物或金属箔片上。最新改进的电池效率之所以可能,是因为减少复合损耗(recombination losses),改进CIGS层的结构特性,以及专用低温沉积工艺,培育各层,同时原位掺杂钠,这是在最后阶段。有了这些结果,聚合物薄膜第一次被证明优于金属箔,用作一种载体基质,可实现最高效率。

创记录效率高达17.5%是采用钢箔,包上杂质扩散障碍(impurity diffusion barrier),这是迄今所取得的CIGS培育工艺,温度超过550°C。然而,采用钢箔,没有任何扩散障碍,这样一种专用低温CIGS沉积工艺的开发者是瑞士联邦材料科学与技术实验室和弗里索姆公司,这种工艺用于聚合物薄膜,很容易匹配高温工序所获得的性能,结果效率达到17.7%。这一结果表明,常用防护涂层(barrier coatings)防止有害杂质,这在金属箔上是不需要的。“我们的结果清楚地显示。优越的低温CIGS沉积工艺,可实现最高效率的柔性太阳能电池,可采用聚合物,也可以采用金属箔,”蒂瓦里说。这些项目的支持者有瑞士国家科学基金会(SNSF:Swiss National Science Foundation),技术和创新委员会(CTI:Commission for Technology and Innovation),瑞士联邦能源办公室(SFOE:Swiss Federal Office of Energy),欧盟框架计划(EU Framework Programmes),以及瑞士公司W. 布劳西AG公司(W.Blösch AG)和弗里索姆公司。

不断提高能量转换效率,柔性CIGS太阳能电池有了不小的成就,瑞士联邦材料科学与技术实验室主任吉安-卢卡•博纳(Gian-Luca Bona)说。“我们在这里看到的是这项成果,它来自深入理解材料特性,各层和界面结合创新的工艺开发,采用系统的方法。接下来,我们需要把这些创新大量转移到行业,进行大规模生产,使低成本太阳能电池组件腾飞。”瑞士联邦材料科学与技术实验室科学家目前正联合弗里索姆公司,进一步开发制造工艺,扩大生产。

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