Wetenschappers van EMPA hebben een nieuw efficiëntierecord van 21,4% behaald voor flexibele CIGS-zonnecel op polymeerfilm. Dergelijke zonnecellen zijn vooral geschikt voor toepassingen op daken, transportvoertuigen of mobiele apparaten.
Samentelling en rendement
CIGS flexibele zonnecellen bestaan uit zeer dunne lagen. Ze bevatten een verbinding die is samengesteld uit de elementen koper, indium, gallium en selenium. De lagen worden voornamelijk door vacuümprocessen op flexibele polymeersubstraten afgezet.
Onafhankelijke metingen lieten een rendement zien van 21,4 procent wanneer dit soort zonnecellen licht omzetten in elektriciteit. Ter vergelijking: het beste rendement van een niet-flexibele zonnecel van kristallijn silicium wordt gerapporteerd bij 26,7 procent.
Flexibele zonnecellen optimalisatie
Flexibele zonnecellen met hoog rendement worden verwerkt op een polymeerfilm door middel van een co-evaporatie methode bij lage temperatuur voor de groei van de dunne film Cu(In, Ga)Se2 halfgeleider die het licht absorbeert. EMPA-wetenschapper Shiro Nishiwaki optimaliseerde de samenstelling van de laag en alkali doteermiddelen om prestatieverbetering te bereiken. De onderzoekers onderzochten vervolgens de effecten van gecombineerde blootstelling aan warmte, verlichting na de verwerking van zonnecellen en vonden een boost in de fotovoltaïsche prestaties. Die na enkele maanden stabiel blijft. Het zonnecelrendement van 21,38% werd onafhankelijk gemeten bij Fraunhofer Instituut voor Solar Energy Systems ISE in Freiburg, Duitsland.
22 jaar lang records verbreken
Ayodhya Tiwari en zijn team doen al meer dan 22 jaar onderzoek naar flexibele dunne filmzonnecellen. Met hun diepgaande kennis van de technologie en de fundamentele fysieke processen hebben ze door de jaren heen verschillende efficiëntierecords behaald. Ze begonnen met 12,8% in 1999, gingen naar 14,1% (2005), 17,6% (2010), 18,7% (2011), 20,4% (2013) en 20,8% in 2019.
Flexibele en lichtgewicht zonnepanelen met deze technologie zijn bijzonder geschikt voor toepassingen op daken, gevels van gebouwen, kassen, transportvoertuigen, luchtschepen en draagbare elektronica. EMPA werkt samen met het Zwitserse bedrijf Flisom voor de roll-to-roll productie van lichtgewicht flexibele zonnemodules voor dergelijke toepassingen.