Изследователи от Uppsala University, Швеция, са поставили нов световен рекорд, като са разработили слънчева клетка от типа CIGS, изградена от меден индиев галиев селенид, с ефективност на преобразуване на енергията 23,64%. Предишният рекорд се държеше от японската Solar Frontier, чиято CIGS слънчева клетка регистрира 23,35% ефективност на слънчевата енергия, съобщава специализираното издание Interesting Engineering.

Технологиите за възобновяема енергия като слънчевата получиха сериозен тласък, тъй като светът се стреми да намали въглеродните емисии. Но дори и след намаляване на разходите за производство и инсталиране, слънчевата енергия задоволява едва 6% от световното търсене на електроенергия, а за да се промени това, са нужни няколко неща.

Базираните на кристален силиций са най-широко използвания тип слънчеви клетки, тъй като той е по-евтин и има дълъг живот. Но ефективността на преобразуване на енергията, постигната с тези слънчеви клетки, е едва 22%, което означава, че не успяваме да използваме близо 80% от слънчевата светлина, получавана на Земята.

Тандемните соларни клетки са смятани за така необходимото технологично подобрение на слънчевите панели, тъй като предлагат над 30% ефективност на преобразуване на енергията. Но производствените разходи остават сериозна спънка, тъй като се произвеждат от перовскит.

Пробив! Учени доставиха слънчева енергия от Космоса до Земята

Какво представляват соларните клетки от типа CIGS?

Соларните клетки от типа CIGS са специален подвид, изграден на базата на нормално прозоречно стъкло, което обаче включва слоеве от различни елементи, изпълняващи специфична функция. Тези слоеве обикновено са мед, индий, галий и селенид (оттук и наименованието CIGS), като в конфигурацията са включени и сребро и натрий. Тези слоеве се поставят преди задния контактен слой от молибден и под прозрачния преден контактен слой. Слоят CIGS се обработва с рубидиев флуорид, след което натриевият слой реагира с рубидия, за да създаде баланс, който позволява на електроните да се отделят ефективно, като по този начин се увеличава ефективността на слънчевата клетка.

Компанията Solar Frontier първа демонстрира, че слънчевите клетки по технологията CIGS могат да осигурят ефективност на преобразуване на енергията над 23%. Сега изследователите от Uppsala University и Европейския технологичен център First Solar са постигнали нов световен рекорд с ефективност от 23,64%. Постижението им е потвърдено независимо от института Fraunhofer ISE в Германия.

Разбиране на подобрената ефективност

По принцип подобряването на ефективността на слънчевите клетки е лесно. Дизайнът на клетката трябва да гарантира, че тя поглъща възможно най-много светлина и я преобразува в електрически товар с възможно най-малко енергия, която се превръща в топлина. Множеството слоеве в CIGS имат за цел да постигнат тази концепция.

Въпреки това изследователите трябваше да разберат как различните компоненти допринасят за повишената ефективност. Заедно с партньори от други институти екипът провежда нано-XRF (рентгенова флуоресцентна спектроскопия) в съоръжението Max IV в Лунд, за да направи анализ на състава на слоевете. За изучаване на напречните сечения е използвана трансмисионна електронна микроскопия с висока разделителна способност, която помага да се разбере как са изградени кристалните зърна и как те взаимодействат със слоевете.

Япония се готви да добива слънчева енергия от Космоса до 2025

Фотолуминесценцията пък е използвана за изследване на спектъра на светлината, излъчвана от слънчевата клетка след възбуждане с лазер, за да се определи как електроните протичат вътре в нея. Цялата тази информация ще бъде използвана за подобряване на работата на слънчевите клетки от типа CIGS.