CIGS 태양전지 세계 신기록

웁살라 대학은 CIGS 태양전지를 이용한 전기 에너지 생성 분야에서 새로운 세계 기록을 보유하고 있습니다. 새로운 세계 기록은 23.64%의 효율성이다. 측정은 독립 기관에서 수행되었으며 결과는 저널에 게재됩니다. 자연 에너지.

이 기록은 First Solar European Technology Center(이전 Evolar로 알려짐)와 Uppsala University의 태양전지 연구원 간의 협력을 통해 얻은 결과입니다.

“이 태양전지와 최근 생산된 다른 태양전지에 대해 우리가 직접 수행한 측정값은 독립적인 측정에 대한 오차 범위 내에 있습니다. 해당 측정값은 자체 측정 방법의 내부 교정에도 사용될 것입니다.”라고 Marika Edoff는 말합니다. 이번 연구를 담당한 웁살라 대학교 태양전지 기술 교수.

종전 세계 기록은 23.35%(일본 솔라프론티어)였고, 22.9%(독일 ZSW)가 뒤를 이었다. 웁살라 대학교는 1990년대 Euro-CIS 연구 협력을 통해 처음으로 이 기록을 보유했습니다.

“한때 우리는 직렬 연결 프로토타입의 기록을 보유하기도 했습니다. 셀 기록을 보유한 지 꽤 오랜 시간이 지났음에도 불구하고 우리는 종종 최고의 결과에 뒤처지는 경우가 많았고 물론 고려해야 할 측면이 많이 있습니다. , 예를 들어 우리는 항상 최전선에 있었던 대규모 프로세스로 확장할 수 있는 가능성이 있습니다.”라고 Edoff는 말합니다.

국제에너지기구(IEA)에 따르면 태양전지는 전 세계적으로 급속히 증가하고 있으며 태양에너지는 2022년 전 세계 전력의 6%를 조금 넘는 비중을 차지했다. 태양전지에 가장 널리 사용되는 재료인 결정질 실리콘으로 만든 최고의 태양광 모듈은 현재 햇빛의 22% 이상을 전력으로 변환하며 현대 태양전지는 저렴하고 장기적으로 안정적입니다.

태양전지 연구의 목표 중 하나는 합리적인 생산 비용으로 30% 이상의 효율성을 달성하는 것입니다. 더 효율적인 직렬형 태양전지에 초점이 맞춰지는 경우가 많지만, 지금까지는 대규모로 사용하기에는 비용이 너무 많이 들었습니다.

독일의 독립 연구소인 Fraunhofer ISE가 측정한 23.64%의 세계 기록입니다. 학술 논문에는 태양전지의 철저한 재료 및 전기적 분석은 물론, 다른 연구 기관의 동일한 유형의 태양전지에 대한 이전 기록과의 비교도 제시되어 있습니다.

태양전지의 가장 중요한 특성은 빛을 흡수하는 능력과 에너지를 전기 부하로 전달하는 능력입니다. 이것이 성공하려면 재료가 햇빛의 최적 부분을 흡수할 수 있어야 하며, 이 에너지를 태양 전지 내에서 열로 변환하여 낭비하는 것을 방지해야 합니다.

CIGS 태양전지는 일반 창유리로 만든 유리판으로 구성되어 있으며 각 층은 특정 작업을 수행하는 여러 층으로 코팅되어 있습니다. 햇빛을 흡수하는 물질은 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레나이드(약어 CIGS)와 은 및 나트륨으로 구성됩니다. 이 층은 실제 태양전지의 금속 몰리브덴 후면 접점과 투명한 전면 접점 사이에 배치됩니다. 전자를 분리하는 데 있어 태양전지를 최대한 효율적으로 만들기 위해 CIGS 층은 불화루비듐으로 처리됩니다. 두 가지 알칼리 금속인 나트륨과 루비듐 사이의 균형과 CIGS 층의 구성은 변환 효율, 즉 태양 전지에서 전력으로 변환되는 전체 태양 스펙트럼의 비율에 핵심입니다.

측정 기관에서는 테스트를 수행할 때 강도와 스펙트럼 모두에서 태양을 모방하는 필터링된 빛을 사용하여 태양전지 효율을 측정합니다. 측정하는 동안 태양전지는 제어된 온도로 유지되며 독립 기관은 정기적으로 교정 태양전지를 서로에게 보냅니다. 세계 기록으로 등록되려면 독립적인 측정이 필요하며, 이 경우 측정 기관인 Fraunhofer ISE에서 수행했습니다.

“우리의 연구는 CIGS 박막 기술이 독립형 태양전지로서 경쟁력 있는 대안임을 보여줍니다. 이 기술은 또한 직렬형 태양전지의 하단 셀과 같은 다른 상황에서도 기능할 수 있는 특성을 가지고 있습니다.”라고 Edoff는 말했습니다.

효율성과 태양전지 구조 사이의 상관관계를 더 자세히 이해하기 위해 여러 가지 고급 측정 방법이 사용되었습니다. 태양전지의 재료는 Lund의 MAX IV 시설에서 나노-XRF(X선 형광 분광학)로 특성화되었습니다. 세심한 구성 분석이 이루어졌습니다. 고해상도의 투과전자현미경(TEM)은 태양전지의 단면, 깊이에 따른 구성, 결정립의 구성 방식, 그리고 층 사이의 경계면을 연구하는 데 사용되었습니다. 레이저 여기 후 태양전지에서 방출되는 빛의 스펙트럼은 태양전지 내부에서 전자를 얼마나 잘 처리하는지 이해하는 수단으로 광발광을 사용하여 연구되었습니다. 밝게 빛나는 태양전지는 희미하게 빛나는 태양전지에 비해 내부 열손실이 적습니다. 마지막으로 CIGS 재료의 도핑을 분석하기 위해 전기적 측정 방법이 사용되었습니다.

“우리가 이제 세계 기록을 보유하고 있다는 사실은 웁살라 대학교와 First Solar European Technology Center 모두에게 큰 의미가 있습니다. 높은 신뢰성으로 알려진 CIGS 기술의 경우, 세계 기록은 또한 새로운 기술에 대한 실행 가능한 대안을 제공할 수 있다는 것을 의미합니다. 예를 들어 직렬형 태양전지에 응용할 수 있습니다. 이는 전 세계 연구원들에게 중요합니다. 재료 및 전기적 특성의 분석이 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 기반을 제공할 수 있기를 바랍니다.”라고 Edoff는 결론지었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240226114616.htm