Встановлено новий світовий рекорд ефективності сонячних елементів на основі тонких плівок CIGS

Рекордна ефективність сонячних елементів CIGS була підтверджена незалежною перевіркою, що свідчить про те, що колись популярна технологія, яка в останні роки перебувала в тіні, все ще має шанси на життя.

Сьогодні переважна більшість фотоелектричних систем виготовляється з кремнію. Однак кремнієві елементи наближаються до своєї максимальної ефективності і вимагають відносно високих температур для виробництва, створюючи нижню межу вартості і щільності енергії, нижче якої важко опуститися. Набагато новіша перовскітна технологія вдосконалюється з дивовижною швидкістю, але залишаються сумніви щодо довговічності перовскітних елементів.

Тому деякі дослідники хочуть залишити відкритою можливість альтернативного підходу. Більше того, накладання різних типів сонячних елементів один на одного призводить до ефективності, якої жоден з них не міг би досягти самостійно. Обидва ці фактори зберігають актуальність CIGS як потенційної альтернативи викопним видам палива, незважаючи на те, що її частка на ринку скорочується з початку 2000-х років.

Літери в CIGS означають мідь, індій, галій і селен, комбінація яких наноситься на звичайне віконне скло разом зі сріблом і натрієм. Команда з Уппсальського університету створила один з таких елементів, який перевершив своїх попередників завдяки кільком інноваціям, зокрема, регулюванню концентрації галію в різних частинах елемента.

Такий склад звучить дорого – деякі з цих металів досить дорогі. Той факт, що їх потрібно обробляти фторидом рубідію, з шаром молібдену позаду і прозорим шаром спереду, не покращує ситуацію.

Однак ці типи клітин не дарма називають “тонкоплівковими”. Листи настільки тонкі, що кількість необхідних металів не повинна бути надмірною порівняно з кремнієм.

Однак для того, щоб CIGS була вартісною, вона повинна мати ефективність, принаймні близьку до конкуруючих технологій. Десятиліттями інженери сонячної енергетики були більше стурбовані зниженням виробничих витрат, ніж підвищенням ефективності, але сонячні елементи зараз настільки дешеві, що в останні роки підвищення ефективності стало пріоритетом.

За десять років ефективність стандартних комерційних панелей зросла більш ніж удвічі, що дозволило генерувати набагато більше енергії на дахах з обмеженим простором і розвіяти побоювання, що сонячна енергетика в комунальному масштабі буде конкурувати з сільським господарством за землю.

Дослідники з Уппсальського університету встановили рекорд ефективності CIGS у 1990-х роках, але цей показник перевершували протягом десятиліть. Однак нещодавно вони створили комірку, ефективність якої, згідно з їхніми власними тестами, наближається до 24 відсотків. Незалежне тестування, проведене Інститутом сонячних енергетичних систем Фраунгофера, показало, що цей показник становить 23,54%.

“Вимірювання, які ми зробили самі для цього сонячного елемента та інших сонячних елементів, вироблених нещодавно, знаходяться в межах похибки незалежних вимірювань”, – зазначає професор Уппсальського університету Маріка Едофф у своїй заяві.

Це повертає собі корону CIGS, побивши попередній рекорд, встановлений японською компанією Solar Frontier, на 0,29%, хоча все ще відстає від кремнієвих 27,6% і перовскітних 26,1%.

Однак CIGS не обов’язково має перевершувати кремнієву ефективність, щоб мати значення. Різні технології фотоелектричних елементів найкраще вловлюють різні частини спектру сонячного світла, що потрапляє на Землю. Тандемні фотоелектричні елементи увінчані шаром, який добре вловлює синє та ультрафіолетове світло і є відносно прозорим для довших довжин хвиль, тоді як інший шар, розташований нижче, більше підходить для вловлювання червоного світла. Вони можуть бути ефективнішими за будь-які одношарові фотоелектричні елементи – поточний рекорд становить 33,9 відсотка.

“Наше дослідження демонструє, що тонкоплівкова технологія CIGS є конкурентоспроможною альтернативою в якості автономного сонячного елемента. Ця технологія також має властивості, які дозволяють використовувати її в інших контекстах, наприклад, в якості нижнього елемента тандемної сонячної батареї”, – сказав Едофф. Висока надійність CIGS також дає їй перевагу над деякими іншими кандидатами.

Тандемні елементи неминуче дорожчі на одиницю площі, а в даний час і на одиницю енергії. Отже, вони використовуються лише у випадках, коли ефективність набагато важливіша за вартість, наприклад, для живлення супутників. Однак, якщо вдосконалення різних технологій продовжиться, тандемні, або навіть потрійні чи четверні елементи можуть стати набагато більш поширеними.