Изменение климата, являющееся сегодня одной из главных глобальных проблем, ясно показало, что ископаемое топливо наносит ущерб нашей окружающей среде и не является устойчивым. Крайне важно использовать чистые источники энергии, и солнечные батареи являются популярным кандидатом на этом фронте. В то время как эффективность является главной заботой для солнечных элементов, исследователи также сосредоточились на разработке легких, недорогих и гибких солнечных элементов. Однако сам процесс изготовления создает серьезную экологическую проблему: использование токсичных материалов и образование промышленных отходов.
Например, селенид индия-галлия меди (CIGSe) представляет собой тонкопленочный солнечный элемент, который обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными элементами. Тонкопленочные солнечные элементы примерно в 100 раз тоньше, дешевле в изготовлении и их легче устанавливать на крышах домов и транспортных средствах. Более того, по сравнению с другими фотоэлектрическими материалами, используемыми в тонкопленочных солнечных элементах, такими как аморфный кремний, теллурид кадмия и органические материалы, CIGSe сильнее поглощает свет и может быть изготовлен в виде более тонких пленок. Однако они содержат буферный слой сульфида кадмия, который является высокотоксичным и канцерогенным. Это делает поиск альтернативных, нетоксичных материалов необходимым для крупномасштабного производства и установки панелей CIGSe.
Для профессоров Джакапана Чантаны и Такаши Минемото из Университета Ритсумейкан, Япония, удаление кадмия из солнечных элементов было так же важно, как и разработка экологически чистого производственного процесса, который является одновременно эффективным и доступным. Рассматривая эти проблемы в новом исследовании, возглавляемая ими исследовательская группа разработала стратегию, в которой традиционный буферный слой сульфида кадмия был заменен нативным буферным слоем, образованным путем окисления поверхности Cu(In, Ga)(S, Se).2 Слой CIGSSe с процессом отжига на воздухе. Исследование было опубликовано 26 марта 2022 года в журнале Солнечный RRL.
Хотя попытки окислить слой CIGSSe предпринимались и раньше, на окисление поверхности обычно уходят месяцы. Однако с помощью нового метода команда сократила время окисления до нескольких часов, что позволило ускорить производство с помощью процесса "от рулона к рулону". В этом процессе слой CIGSSe первоначально наносится на гибкую подложку из нержавеющей стали. Затем за осаждением следует процесс отжига на воздухе, при котором поверхность слоя CIGSSe окисляется с образованием собственных буферных слоев Inx(O,S)и. Экспериментируя с различными условиями окисления, исследователи изготовили солнечный элемент CIGSSe с максимальной эффективностью преобразования энергии 16,7% после 6 часов окисления при 130 ° C.
"Мы впервые показали, что поверхность CIGSSe, окисленная с помощью оптимизированного процесса отжига на воздухе, приводит к значительному повышению эффективности преобразования энергии", - говорит профессор. Минемото.
Хотя заявленная эффективность ниже, чем у обычных солнечных элементов (которая обычно превышает 20%), разработанному методу удается избавиться от кадмия, что делает солнечные элементы экологически чистыми. "В обычном процессе кадмий осаждается на слой CIGSSe с помощью процесса химического осаждения в ванне. Исключив этот этап, мы создали полностью сухой производственный процесс, который генерирует меньше отходов", - объясняет проф. Шантана. Кроме того, этот процесс также является экономически эффективным.
Чтобы сделать солнечную энергию жизнеспособным источником чистой энергии, солнечные панели должны стать более эффективными, экономичными и экологичными. "Метод, разработанный в нашем исследовании, может быть применен в крупномасштабном производстве, что нам и нужно, чтобы сделать солнечные элементы экологически чистым энергетическим ресурсом не только в Японии, но и во всем мире", - заключает профессор. Минемото.
Комментарии