Ученые достигли успехов при создании дешевых тонкопленочных солнечных батарей

Solarstromforschung_HZB_Berlin_CIGS-DuennschichtИсследовательская группа «TCO4CIGS» усиленно работает над улучшением различных технологий производства фотоэлементов.

При этом речь идет о так называемом TCO-слое, прозрачном проводящем слое оксида металла, который является неотъемлемой частью тонкопленочных фотоэлементов типа CIGS (селенид меди-индия-галлия, англ. Copper indium gallium selenide). Он передает собранные носители заряда с такой высокой проводимостью, что ток начинает течь, при этом в солнечных батареях CIGS скрывается огромный потенциал для улучшений, так как именно этот слой является важнейшим источником потерь, говорится в сообщении в рамках инициативы «Исследование солнечной электроэнергии».

Чтобы повысить эффективность тонкопленочных солнечных батарей и снизить затраты на их производство, ученые идут тремя путями. Один путь — это оптимизация производственного процесса нанесения слоя прозрачных проводящих оксидов, второй путь — поиск дешевых альтернатив для существующего производственного процесса, а третий — поиск новых материалов. Наиболее перспективные методы будет затем дополнительно испытаны в производственном масштабе на экспериментальной линии.

Промышленный партнер исследовательской группы компания Avancis разработала стандартный производственный процесс на основе оксида цинка, легированного алюминием (AZO) и уже достигла определенного успеха, говорится далее. «За счет снижения легирования алюминия нам удалось улучшить зависимость между сопротивлением и прозрачностью слоя ППО. Это позволило нам увеличить эффективность солнечных батарей малого формата на 2% по сравнению с существующими стандартными батареями,» говорит технический директор компании Avancis Йорг Пальм.

Параллельно с этим проводятся испытания по сокращению процесса производства на один шаг, применяя напыление сульфида оксида. Таким образом, себестоимость производства тонкопленочных солнечных батарей типа CIGS может значительно снизиться без каких-либо потерь производительности. «Этот метод является успешным примером передачи технологии из науки в промышленность», добавляет Марк Хайнеманн из центра превосходства по фотовольтаике тонких пленок (PVcomB) центра Гельмгольца в Берлине. Идея принадлежит как раз ученым из этого центра.

Кроме того, ученые из этой исследовательской группы рассмотрели недорогие процессы осаждения для обычных оконных слоев ППО на основе легированного алюминием оксида цинка (ZnO: Al или AZO). А компания Solayer GmbH использовала их для металлических мишеней, которые обещают снижение затрат по крайней мере на 20% по сравнению с керамическими мишенями, говорится в сообщении. Для этого использовалось магнетронное распыление импульсами высокой мощности, так называемый HIPIMS. У этой технологии есть большой потенциал для достижения улучшения свойств слоя при более низкой стоимости технологических процессов. И здесь были достигнуты первые успехи Институтом Фраунгофера технологии покрытия поверхностей IST и компаниями Sentech Instruments GmbH и MAGPULS GmbH. С помощью магнетрона со сдвоенной трубкой и системы оптического контроля они совместно разработали процесс HIPIMS и достигли хороших свойств с точки зрения проводимости на боросиликатном стекле BOROFLOAT. Кроме того, была разработана система для последовательного совместного распыления. С помощью этого метода количество алюминия для легирования впервые было указано как параметр процесса в зависимости от толщины слоя, что обеспечивает целенаправленную оптимизацию свойств ППО, как показали исследователи из Технического университета Берлина.

При поиске новых материалов для оконных слоев ППО в настоящее время исследуется, можно ли найти подходящую альтернативу слоям AZO слоями из аморфного оксида цинка индия (а-ITO) или водорода, легированного оксидом индия (IOH). Над этим работают ученые из научно-исследовательского центра солнечной энергии и исследования водорода Баден-Вюртемберг (ZSW, Штутгарт) и PVcomB. Цель состоит в том, чтобы использовать гораздо более высокую подвижность электронов этих материалов. Таким образом, слой ППО мог бы стать значительно тоньше, в результате чего повысилась бы прозрачность и как следствие выработка электроэнергии. Принципиальная пригодность обоих материалов для фотоэлементов типа CIGS уже была доказана. Процессы осаждения для IOH и а-ITO уже перенесены на промышленные DC-напылительные установки (установки осаждения тонких пленок). Тем не менее, у новых материалов есть недостатки, так как они несколько хуже, чем классический AZO соединяются с шероховатой поверхностью CIGS.

Инициатива «Научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки (НИОКР) для солнечной энергетики» или «Исследование солнечной электроэнергии» является шестой программой энергетических исследований Федерального правительства и частью программы финансирования Photonik Forschung Deutschland. Инициатива «Научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки для солнечной энергетики» финансируется Федеральным министерством экономики и технологий в течение трех лет на сумму около 50 миллионов евро. Кроме того, финансовую поддержку также получили более десятка научно-исследовательских проектов, которые осуществляются совместно учеными и производителями оборудования для солнечной энергетики Германии. Работа над проектами закончится в 2017 или 2018 годах. Одна из целей этой инициативы является обеспечение и расширение международной конкурентоспособности немецкой солнечной промышленности в среднесрочной и долгосрочной перспективе.

Источник: https://www.pv-magazine.de/2017/07/04/forscher-erzielen-erfolge-fuer-guenstigere-duennschicht-photovoltaik/

 

Написать нам