Rekordna učinkovitost solarnog članka: 12,28% bez indija

Japanski istraživači iz Nacionalnog instituta za naprednu industrijsku znanost i tehnologiju (AIST) postigli su svjetski rekord od 12,28% učinkovitosti u solarnoj ćeliji od bakrenog galijevog selenida (CuGaSe₂). To je najviši rezultat ikad zabilježen za indij-free širokopojasne halkogenidne apsorbere u rasponu od 1,65 do 1,75 eV.

Ključni napredak leži u upotrebi aluminijem inženjerskih filmova s poleđinskim poljem (back-surface field) i optimiziranih slojeva kadmij sulfida (CdS), koji poboljšavaju napon, smanjuju rekombinaciju i povećavaju ukupnu učinkovitost. Rekordni rezultat certificiran je od strane AIST-ovog tima za kalibraciju i mjerenje fotonaponskih ćelija, što mu daje dodatnu težinu.

Iako brojka od 12,28% može zvučati skromno u usporedbi s komercijalnim silicijskim panelima koji dosežu i preko 20%, važno je naglasiti da je riječ o širokopojasnom apsorberu. Takvi materijali imaju potencijal za upotrebu u tandem solarnim ćelijama, gdje se kombiniraju s drugim slojevima kako bi se povećala ukupna učinkovitost sustava.

CuGaSe₂ kao materijal nije novost – poznat je po izravnom pojasnom rasporu od ~1,68 eV, visokom koeficijentu apsorpcije i dobrom podnošenju defekata. Ipak, do sada su njegove performanse bile ograničene nižim naponom i faktorom punjenja.

AIST-ov pristup s aluminijem i RbF tijekom depocije pokazao se kao ključan za prevladavanje tih ograničenja, otvarajući put za buduća poboljšanja.

Što ovo zapravo znači za korisnike i industriju? Prva praktična posljedica je potencijalno sniženje troškova proizvodnje solarnih panela.

Indij, ključna komponenta u tradicionalnim CIGS (bakreni indij galij selenid) solarnim ćelijama, jedan je od najskupljih materijala u industriji. Zamjena indija galijem mogla bi učiniti proizvodnju pristupačnijom, pogotovo u kontekstu sve većih zahtjeva za obnovljivim izvorima energije.

Međutim, postoji nekoliko izazova. Trenutačna učinkovitost od 12,28% još je daleko ispod komercijalnih standarda, a pitanje stabilnosti i dugoročnog rada takvih ćelija ostaje otvoreno.

Također, proces proizvodnje s tri faze i dodatkom RbF-a mogao bi biti složen za skaliranje na industrijsku razinu. Ipak, rani signali sugeriraju da bi ovaj napredak mogao potaknuti nove istraživačke smjerove, uključujući kombinacije s perovskitnim solarnim ćelijama za postizanje još većih učinkovitosti.

Za razvojne timove i proizvođače ovo je signal da se vrijedi fokusirati na alternativne materijale koji nisu ovisni o rijetkim ili skupim elementima. Pravi test bit će kako će se ovaj rekord prenijeti iz laboratorija u masovnu proizvodnju – i koliko brzo.

Industrija solarnih panela već godinama radi na smanjenju ovisnosti o rijetkim materijalima, a ovaj napredak mogao bi biti jedan od koraka u tom smjeru.

Industrija solarnih panela mora sada razmotriti kako će implementirati ovaj novi materijal u svojoj proizvodnji. To će zahtijevati dodatna istraživanja i razvoj kako bi se osigurala stabilnost i dugoročni rad solarnih ćelija. Međutim, potencijalni beneficiji su veliki, a mogu dovesti do značajnog smanjenja troškova i povećanja učinkovitosti.