Forskare vid Hangzhou Dianzi University uppfann en 20 μm tunn monokristallin solcell med en effektivitet på 21.1 % med hjälp av en innovativ metod som kallas lageröverföring (LT). De uppnådde otroliga förbättringar av kortslutningsström, tomgångsspänning, fyllnadsfaktor och total celleffektivitet, från 16.5 % till exceptionella 21.1 %, genom att implementera passiveringslager och använda distinkta kontaktkonfigurationer. Detta skulle ytterligare förbättra solcellernas prestanda, möjliggöra kostnadseffektiv användning av kiselsolenergi och revolutionera paneltillverkningen.
Forskare vid Hangzhou Dianzi University i Kina har framgångsrikt utvecklat en tunnfilms-p-typ monokristallin solcell med en effektomvandlingseffektivitet som kan konkurrera med dess industriella tjocka motsvarigheter.
Leonidas Palilis sa: ”Sammantaget presenterar resultaten från denna studie ett nytt sätt att realisera högpresterande solceller av tunna kristallina kisel med mycket mindre kisel – för en 20 μm cell, ungefär en åttondel av den mängd som krävs för en tjock 160 μm cell på en given panelstorlek.”
Forskarna i sin publicerade forskningsartikel förklarade att de använde en metod som kallas lageröverföring (LT) istället för att skära kiselgöt för att producera wafern till solcellen. LT möjliggör överföring av ett lager av halvledarmaterial från ett substrat till ett annat.
Denna metod innebär:
- Den initiala elektrokemisk användning av fluorvätesyra (HF) för att etsa porer i en tjock kiselskiva, vilket skapar ett poröst kiselsubstrat.
- Detta substrat används sedan för epitaxiell tillväxt av en monokristallint kisel lager.
- Slutligen lossnas det epitaxiella tunna kiselskiktet från det porösa kiselsubstratet.
Med hjälp av denna metod lyckades forskarna framställa en tunn monokristallin kiselskiva av p-typ som är 20 μm tunn . För att förbättra cellens prestanda applicerade de ett antal passiveringsskikt, bestående av aluminiumoxid (Al₂O₃), kiselnitrid (SiO₂) och kiselmonoxid (SiOx), på cellens framsida med hjälp av plasmaförstärkt kemisk ångdeponering (PECVD).
Kontakterna finns i två distinkta konfigurationer och sägs förbättra ljusabsorptionen i både kortare och längre våglängder. Följaktligen leder detta till en anmärkningsvärd förbättring av cellens kortslutningsström och tomgångsspänning. Konfigurationerna är följande:
- SiO2/SiNx/SiOx
- Al2O3/SiNx/SiOx
"Jämfört med en vanlig solcell som används som referens ökade strömtätheten från 34.3 mA/cm2 till 38.2 mA/cm2", sa forskaren och tillade att passiveringsskikten också bidrog till att höja cellens tomgångsspänning från 632 mV till 684 mV.
Följaktligen upplevde enhetens fyllnadsfaktor och celleffektivitet en anmärkningsvärd tillväxt:
- Ökar från 76.2 % till imponerande 80.8%.
- En ökning från blygsamma 16.5 % till enastående 21.1%.
Leonidas Palilis förklarade: ”Detta framsteg kommer sannolikt att bidra till ett mer utbrett och kostnadseffektivt införande av kiselsolkraftteknik, på grund av den minskade kostnaden och den därmed sammanhängande expansionen av tillverkningskapaciteten för solpaneler.”
Källa: Undersökning av betydande effektivitetsförbättring av tunna kristallina kiselsolceller
