Onderzoekers van de Hangzhou Dianzi University hebben een 20-μm dunne monokristallijne zonnecel met een efficiëntie van 21.1% uitgevonden met behulp van een innovatieve methode genaamd layer transfer (LT). Ze bereikten ongelooflijke verbeteringen in kortsluitstroom, open circuit voltage, vulfactor en algehele celefficiëntie, van 16.5% naar een uitzonderlijke 21.1%, door passiveringslagen te implementeren en verschillende contactconfiguraties te gebruiken. Dit zou de prestaties van zonnecellen verder verbeteren, kosteneffectief gebruik van siliciumzonne-energie mogelijk maken en de productie van panelen revolutioneren.
Onderzoekers van de Hangzhou Dianzi Universiteit in China hebben met succes een dunnefilm p-type monokristallijne zonnecel ontwikkeld met een energieomzettingsrendement dat vergelijkbaar is met dat van de dikkere, industriële tegenhangers.
Leonidas Palilis zei: "Over het geheel genomen bieden de bevindingen van deze studie een nieuwe manier om hoogwaardige dunne kristallijne silicium zonnecellen te realiseren met veel minder silicium – voor een cel van 20 µm is dat ongeveer een achtste van de hoeveelheid die nodig is voor een dikke cel van 160 µm op een gegeven paneelgrootte."
De wetenschappers legden in hun gepubliceerde onderzoeksartikel uit dat ze een methode genaamd laagoverdracht (LT) gebruikten in plaats van siliciumstaven te snijden om de wafer voor de zonnecel te produceren. LT maakt het mogelijk om een laag halfgeleidermateriaal van het ene substraat naar het andere over te brengen .
Deze methode omvat:
- De eerste elektrochemisch Gebruik van waterstoffluoridezuur (HF) om poriën in een dikke siliciumwafer te etsen, waardoor een poreus siliciumsubstraat ontstaat.
- Dit substraat wordt vervolgens gebruikt voor de epitaxiale groei van een monokristallijn silicium laag.
- Tenslotte wordt de epitaxiale dunne siliciumlaag losgemaakt van het poreuze siliciumsubstraat.
Met behulp van deze methode slaagden de wetenschappers erin een dunne monokristallijne p-type silicium wafer te verkrijgen met een dikte van 20 µm . Om de prestaties van de cel te verbeteren , brachten ze een aantal passiveringslagen aan, bestaande uit aluminiumoxide (Al2O3), siliciumnitride (SiO2) en siliciummonoxide (SiOx), aan de voorzijde van de cel met behulp van Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD).
De contacten zijn er in twee verschillende configuraties en zouden de lichtabsorptie in zowel kortere als langere golflengtes verbeteren. Dit leidt tot een opmerkelijke verbetering van de kortsluitstroom en open-circuitspanning van de cel. De configuraties zijn als volgt:
- SiO2/SiNx/SiOx
- Al2O3/SiNx/SiOx
"Vergeleken met een standaard zonnecel die als referentie werd gebruikt, nam de stroomdichtheid toe van 34.3 mA/cm² tot 38.2 mA/cm²," aldus de onderzoeker, die eraan toevoegde dat de passiveringslagen er ook toe bijdroegen dat de open-circuitspanning van de cel steeg van 632 mV naar 684 mV.
Hierdoor vertoonden de vulfactor en de celefficiëntie van het apparaat een opmerkelijke groei:
- Van 76.2% gestegen naar een indrukwekkende 80.8%.
- Van een bescheiden 16.5% naar een uitstekend 21.1%.
Leonidas Palilis legde uit: "Deze vooruitgang zal waarschijnlijk bijdragen aan een bredere en kosteneffectieve toepassing van siliciumzonne-energietechnologie, vanwege de lagere kosten en de daarmee gepaard gaande uitbreiding van de productiecapaciteit van zonnepanelen."
