Progress in Major Thin-film Solar Cells: Growth Technologies, Layer Materials and Efficiencies
Yüklə 44,09 Kb.
|
|
Progress in Major Thin-film Solar Cells: Growth Technologies, Layer Materials and Efficiencies Katta yupqa plyonkali quyosh xujayralaridagi taraqqiyot: o'sish Texnologiyalar, qatlam materiallari va samaradorlik Xulosa- Yupqa plyonkali quyosh batareyalari minimal material sarflanishi, arzon sintez jarayonlari va istiqbolli bo'lgani uchun kerak samaradorlikni oshirish tendentsiyasi. Ushbu sharhda, yupqa plyonkali quyosh xujayrasi (TFSC) ning beshta asosiy turining ajoyib yutuqlari - amorf kremniy (a-Si) quyosh xujayrasi, mis indiy galiy selenidi (CIGS) quyosh xujayrasi, mis rux qalay sulfidi (CZTS) quyosh xujayrasi, kadmiy tellurid (CdTe) quyosh xujayrasi va bo'yoqqa sezgir quyosh xujayrasi (DSSC) yaratilganidan boshlab eng zamonaviy rivojlanishgacha taqdim etilgan. Hujayra konfiguratsiyasi, bu hujayralarning turli qatlamlari, ularning o'sish jarayonlari, funktsiyasi va modifikatsiyasi Quyosh batareyalari ishlashi uchun ham kashf qilingan. Bu hujayralarning ishlashini, shuningdek, hozirgi holatini cheklaydigan muhim masalalar ssenariysi ham ko'rib chiqildi. Nihoyat, bu ishning qisqacha mazmuni beshlik orasida qiyosiy tadqiqot sifatida taqdim etildi Strukturaviy, optik va elektr xususiyatlari, materiallar mavjudligi, eng so'nggi ma'lumotlar nuqtai nazaridan TFSC ning asosiy turlari, toksiklik, barqarorlik va o'quvchilarga ommalashtirishning asosiy muammolarini tushunishga yordam berish uchun eng yuqori samaradorlik va ushbu texnologiyani tijoratlashtirish. Quyosh qayta tiklanadigan energiyaning eng ko'p manbai hisoblanadi global va hozirgi energiya ehtiyojlarini qondirish tera-vatt (TW) miqyosida tarqatish. Bu yo'nalishda quyosh batareyasi to'g'ridan -to'g'ri konvertatsiya qilishning eng yaxshi vositalaridan biridir hech qanday zararli chiqarmasdan, quyosh nurlaridan foydalanish energiyasiga aylanadi mahsulotlar bo'yicha. Umuman olganda, ikkita yondashuv mavjud yig'ilgan quyosh nurini elektr energiyasiga aylantirish, ya'ni, bitta va ko'p funktsiyali quyosh batareyalari [1]. Hammasi orasida quyosh xujayralari turlari, ikkinchi avlod yupqa plyonkali hujayralardir materiallarning arzonligi tufayli qulaydir samaradorlikni oshirishning istiqbolli tendentsiyasi. Garchi birinchi avlod kremniy (Si) quyosh xujayralari hali ham dominant o'yinchilar fotovoltaik (PV) adabiyoti va 95% atrofida PV bozorining ulushi jahon miqyosida [2], turli cheklovlar tufayli Si-quyosh batareyasi, masalan, og'irligi, qattiqligi, Si gofretining narxi, qimmat ishlov berish texnologiyalari, muqobil arzon narx materiallar va asboblar ishlab chiqarish texnologiyalari mavjud so'nggi besh o'n yillikda o'sib borayotgan qiziqishlarni jalb qildi. Bu engil vaznli ikkinchi avlod ixtirosiga olib keldi yupqa plyonkali quyosh batareyalari (TFSC). TFSC oilasida, kubokli Sulfid-kadmiy sulfid (Cu2S/CdS) yagona birikmasi Quyosh batareyasi birinchi marta kosmik ilovalar uchun ishlab chiqilganligini ma'lum qildi yuqori samaradorlikni (~ 9,1%) va bir nechta ishga tushirishni ko'rsatdi Buni tijoratlashtirish uchun kompaniyalar tashkil etilgan texnologiya, lekin misning CdS matritsasiga diffuziyasi va CdS qatlamining dopingi uzoq muddatli ishlashga olib keldi degradatsiyaga uchraydi, buning uchun ko'pchilik tadqiqot ishlari olib boriladi Cu2S/CdS hujayralari rad etildi [3, 4]. Oxir-oqibat, boshqa janr TFSCs tadqiqotchilar va ishlab chiqaruvchilarni o'z zimmasiga oldi manfaatlar. Ushbu TFSClar orasida amorf silikon (a-Si) quyosh xujayrasi tadqiqotchiga afzalroq, chunki uning materialning mavjudligi, toksik bo'lmaganligi, past ishlov berish harorat va past narx. Ayni paytda, xalkopiritga asoslangan Quyosh batareyalari CIGS bilan solishtirganda samaradorligini ko'rsatdi polikristalli Si quyosh batareyasi, lekin buning ishlab chiqarish qiymati Ma'lum qilinishicha, hujayra hujayradan ancha past bo'ladi polikristalli Si quyosh batareyasi [5]. Asosiy to'siqlardan biri bu hujayra tijoratlashtirish resurs cheklash, chunki Indium (In) va Gallium (Ga) kam deb hisoblanadi materiallar. Boshqa tomondan, to'rtlamchi yarim o'tkazgich Murakkab mis sink qalay sulfidi (CZTS) anatomik jihatdan CIGSga o'xshaydi, lekin u erga boy elementlardan foydalanadi CIGS hujayrasini istisno qiladigan moddiy tanqislik muammosini bartaraf etish potentsiallar. Yaqinda istiqbolli ikkilik material: kadmiy Telluride (CdTe) tufayli ko'p va'dalarni ko'rsatdi bilan taqqoslaganda yuqori samaradorlik haqida tez -tez xabar qilinadi polikristalli Si quyosh xujayrasi [6, 7] o'sish xususiyatiga qaramay va kristall tuzilishi boshqa p-nlardan sezilarli farq qiladi birlashmalarga asoslangan TFSC. Natijada, CdTe ko'proq narsani oldi uchun absorber sifatida boshqa TFSC materiallariga qaraganda e'tibor yuqori samarali va arzon quyosh batareyasiga erishish. Bundan tashqari, p-n birikmasiga asoslangan bo'lmagan DSSC hujayralari orasida noyobdir TFSC tuzilishi, yorug'lik singdirish qobiliyati, elektron va tuynuk tashish mexanizmi va hokazo. Bundan tashqari, a TFSC texnologiyasida istiqbolli nomzod, chunki yuqori tozaligini talab qilmaydigan arzon tarkibiy materiallar; shuning uchun ishlab chiqarish tannarxini pasaytiradi [8, 9]. Yuqorida aytib o'tilgan strategik asosiy xususiyatlar tufayli Quyosh batareyasi materiallarini tanlashda turli tadqiqot guruhlari mavjud intensiv ilmiy -tadqiqot ishlari bilan shug'ullangan shuningdek, so'nggi yangiliklarni bilish uchun davriy adabiyotlarni ko'rib chiqish TFSCdagi yutuqlar. So'nggi paytlarda ko'rib chiqish ishlari (a-Si: H) [10], CIGS quyosh batareyasi [11], CZTS [12, 13], CdTe [14] va DSSC [15] haqida alohida xabar berilgan adabiyot. Bu bitta hujayrali ko'rib chiqish ishidan tashqari, olimlar, shuningdek, ba'zi bir masalalarga asoslangan sharhlarni nashr etishdi T.D. Li kabi ikkita yoki uchta taniqli quyosh batareyasining ishi va A.U. Ebong [16] texnologiyalarni ko'rib chiqdi va uchta asosiy turdagi muammolar (a-Si: H, CIGS va CdTe) TFSC. Ammo, bizning ma'lumotimizga ko'ra, bunday narsa yo'q TFSCning beshta asosiy turini o'z ichiga olgan ko'rib chiqish ishlarining turi yagona hisobot va ular haqida kerakli ma'lumotlarni taqdim etadi hujayralar paydo bo'lishidan to zamonaviy rivojlanishigacha. Shunday qilib, ushbu maqolada biz qisqacha hisobot beramiz va evolyutsiyani taqqoslaymiz o'sish texnologiyalari, hujayra tarkibiy qismlari, muhim Hujayra faoliyatini cheklaydigan muammolar, sezilarli taraqqiyot ularning samaradorligi va beshta asosiy turining hozirgi stsenariysi yupqa plyonkali quyosh batareyalari. 2. Kristalli kremniy (c-Si) Quyosh xujayrasi Yuqorida aytib o'tilganidek, kristalli kremniy (c-Si) PV hujayralari Ular jahon fotovoltaik bozorining etakchi o'yinchilaridir. Odatda bu hujayralar mikroelektronikadan ishlab chiqariladi texnologiya. 6% li birinchi amaliy kremniy quyosh batareyasi samaradorlik 1954 yilda Bell laboratoriyasida ishlab chiqilgan [17, 18]. Va yaratilganidan beri, bu texnologiya sifatida muomala qilindi mumkin bo'lgan muhim qayta tiklanadigan energiya manbalaridan biri atrof-muhit uchun zararli qazilma yoqilg'ilarni almashtiring. Kremniy quyosh xujayralari monokristal yoki polikristaldan iborat kremniy gofretlar. Bugungi kunga kelib, eng yuqori laboratoriya ma'lum qilindi monokristalli energiyaning konversion samaradorligi va polikristalli quyosh batareyalari mos ravishda 26,7% va 22,3% ni tashkil qiladi [6]. Bundan tashqari, yaqinda yupqa plyonkali silikon quyosh xujayralari ham mavjud PV hamjamiyati orasida katta e'tiborni tortmoqda, chunki bu texnologiya faol xom ashyo miqdorini kamaytiradi hujayrani yaratishda foydalanish. Bug'larning kimyoviy birikmasi Yupqa plyonkali silikonli quyosh batareyasini yotqizish uchun ishlatiladi silan gaz va vodorod gazidan mos substratlar. Shunday qilib amorf silikon, polikristalli kremniy yoki nanokristalli cho'ktirishga qarab silikon olinishi mumkin parametrlar va tegishli shartlar [19]. Quyida bo'limda biz faqat amorf kremniy quyosh batareyasini muhokama qilamiz, chunki bu hujayra o'zining strategik salohiyati tufayli istiqbolli. texnologik ustunlik va umuman ishlab chiqarishning arzonligi. 3. Amorf kremniy (a-Si) quyosh xujayrasi 3.1. Boshlanish va ajoyib taraqqiyot Birinchi amorf kremniy (a-Si) qatlami sifatida tayyorlangan silan (SiH4) gazidan Si ning yupqa plyonkalari radioda saqlanadi 1965 yildagi chastotali glow tushirish kamerasi [20]. O'n yil Keyinchalik, Dandi universiteti o'tkazuvchanligi haqida xabar berdi a-Si ni doping yordamida bir necha bor oshirish mumkin porlashda fosfin yoki diboranning gaz aralashmasida chiqarish muhiti [21]. Bu sof a-Si yuqori tarkibga ega nuqsonlarning kontsentratsiyasi osilgan bog'lanishlar deb ataladi. Bunday nuqson zichligi 1021 sm -3 dan 1015-1016 gacha kamayishi mumkin sm -3 vodorod gazini yotqizish kamerasiga quyish orqali. Bu zararli osilgan aloqalar passivatsiya [22] hisoblanadi a-Si ning gidrogenatsiyasi deb ataladi (a-Si: H bilan belgilanadi). Birinchi a-Si: H quyosh batareyasi samaradorligi to'g'risida xabar berilgan 1976 yilda Karlson va Vronski tomonidan 2,4% [23]. Biroq, tufayli Staebler-Wronski effekti [24], aSi: H quyosh xujayrasidagi yorug'lik ta'sirida o'zgarish samaradorlikni pasaytiradi. (bir bo'g'inli hujayralar taxminan 30% yo'qotadi va uch o'tish modul taxminan 15% dastlabki samaradorligini yo'qotadi 1000 soat [25, 26]). Bu hujayra degradatsiyasini engib o'tish uchun p-i-n yakuniy tuzilmasini ishlab chiqish uchun aSi: H katakchasiga ichki qatlam qo'shildi. Ajoyib a-Si: H quyosh xujayralarining xronologik rivojlanishi hujayra tuzilmalarida ishlatiladigan materiallar sarlavhasida keltirilgan jadval 1. Jadval 1. a-Si: H quyosh xujayralarining ajoyib xronologik rivojlanishi Yil samaradorligini oshirish mexanizmi qo'llanildi samaradorlik Tadqiqotchi/ Tashkilot 1981 yil
Amorf silikonli quyosh batareyasi samaradorligining birinchi sezilarli yutug'i bo'ldi erishilgan. A-Si: H plyonkasini o'zgartirish uchun amorf silikon karbid (a-SiC: H) plazmasida [SiH4 (1- X)+CH4(X)] B2H6 yoki PH3 dopant gaz tizimi ishtirokida va a-SiC: H, birinchi a- SiC: H/a- Si: H heterojunction quyosh batareyasi yordamida ishlab chiqilgan edi. 7,14% (S) Osaka universiteti [27]
1986 yil p/i interfeysida yupqa darajali interfeys qatlamini qasddan kiritish. p-i-n qurilmasi, p-i-n hujayralarining umumiy ishlashi yaxshilandi. >8% (S) Solarex Korporativ [28] 1992 yil Yagona ulanish p-i-n hujayralaridan tashqari, a-Si: H hujayraning samaradorligi yanada yuqori bo'ldi. mikromorf (Tandem yoki uchlik birikma) yondashuvi bilan takomillashtirilgan. Bu edi a-SiGe: H qotishmasini tandemda va uch marta birlashtirish orqali amalga oshiriladi quyosh xujayrasi tuzilmalari. 11.2% (M) USSC [22] 1994 yil Dunyodagi birinchi "aralash stacked" a-Si:H/µc-Si:H tandem hujayrasi paydo bo'ldi. rivojlangan. 9.1% (M) universiteti Neuchatel [29] 2000 yil Faol poli-Si hujayrani a-Si: H hujayra bilan birlashtirib, a-Si: H / polySi / poli-Si xujayrasi plazma kimyoviy bug'ini cho'ktirish (CVD) orqali ishlab chiqarilgan. umumiy samaradorlikni oshirish uchun. 12% (M) Kaneka
Korporatsiya [30] 2004 a-Si:H p-i-n bir-tugma (S) va tandem (T) hujayra yoki ko'p ulanish (Mikromorf deb ataladi) quyosh xujayralari juda yuqori tomonidan ishlab chiqarilgan past bosimli CVD chastotasi. 9,47% (S) 12,3% (M) NREL [31] 2015 P-i-n qurilmasi bilan eng yuqori samarali yagona ulanish a-Si: H tuzilishi turli xil diod va triod PECVD yordamida ishlab chiqarilgan yotqizish tezligi. 10.2% (S) AIST [32] 2015 yil Vaqti-vaqti bilan ishlab chiqariladigan aSi: H/mc-Si: H/mc-Si: H uch birikma hujayralaridan olingan eng zamonaviy dunyodagi eng yuqori barqarorlashtirilgan samaradorlik. teksturali substrat. 13,4% (M) AIST[33] Bugungi kunga kelib, a-Si: H quyosh batareyasi pi-n superstrat yoki n-i-p substrat ketma-ketligida tuzilgan. Qatlam uchun ushbu turdagi strukturaning materiallari o'zgartirildi yillar davomida ishlashni yaxshilash. A-Si: H nozik film to'g'ridan-to'g'ri optik tarmoqli bo'shlig'iga ega (masalan,) va moslashtirilgan bo'lishi mumkin substrat haroratini o'zgartirish orqali 1,6 - 1,8 eV oralig'ida yoki qayta ishlash jarayonida silanning vodorod bilan suyultirilishi [34, 35]. Erta a-Si: H quyosh xujayrasi, p-tipli vodorodlangan amorf silikon karbid (a-SiC: H) absorber qatlami edi nisbatan keng tarmoqli material bilan birlashtirilgan oyna qatlami sifatida tanilgan [27]. Umuman olganda, an'anaviy faol qurilma a-SiC:H ning n-tipli oyna qatlamidan iborat, ichki a-Si: H absorber qatlami va p-tipli a-Si: H qatlami. Oxirgi a-Si: H hujayra konfiguratsiyasida [36], absorber p-i-n qatlam ZnO ga yotqiziladi (masalan, ≈ 3,20 - 3,40 eV [37] shaffof o'tkazuvchi oksid (TCO) qatlami [32, 38]. Dastlab, TCO qatlami sifatida indiy qalay oksidi (ITO) qatlami ishlatilgan, ammo to sana, arzonroq alternativa: ftorli qalay oksidi (FTO) bor keng ishlatilgan. Bundan tashqari, ushbu FTO (SnO2: F) qatlami mavjud ko'zgu yo'qotilishini kamaytirish uchun qo'llanilgan va u vazifasini bajaradi yuqori elektrod. Old elektrodlarning elektr quvvati past bo'lishi kerak qarshilik va yuqori optik o'tkazuvchanlik ohmik kontakt yo'qotilishini minimallashtirish uchun to'lqin uzunligi diapazoni va mos ravishda optik yo'qotish. Odatda Al dopingli ZnO (AZO) n-qatlam va shaffof old kontakt o'rtasida qo'llaniladi, lekin ichida boshqa so'z bilan aytganda, qisqa tutashuv oqimini oshirish uchun, past qarshilik va yuqori optik shaffof ZnO: B [39] qatlami n-qatlam va kumush o'rtasida shaffof kontakt sifatida qo'llaniladi. Biroq, ZnO/Ag engib o'tishga qodir a-Si va metall kontakt orasidagi yopishish muammosi. A a-Si: H quyosh xujayrasi konfiguratsiyasining sxematik diagrammasi shakl 1da ko'rsatilgan 3.3 Muhim masalalar Bizning hozirgi tadqiqotimizda, biz eng ko'p uchtasini topdik material xususiyatlari va qurilma bilan bog'liq muhim masalalar aSi: H kamerasining ishlashi va ishonchliligiga to'sqinlik qiladigan tuzilma: (1) nurni boshqarish sxemalari, (2) Staebler - Wronski Effect (SWE) va (3) Tezroq cho'kma jarayonlari. Bu yupqa plyonkali hujayraning ish faoliyatini oshirish uchun hozirgi darajadan sezilarli darajada, bu muhim masalalar bo'lishi kerak murojaat qilinadi. Yorug'lik tarqalishini yaxshilash uchun xususiyatlari, oldingi TCO materialining optoelektron sifati yaxshilanishi kerak [10]. Staebler-Vronski effekti hali ham davom etmoqda muhokama qilinmoqda, shuning uchun uni topish uchun yaxshiroq tushunish kerak hujayra materialidan biriktirilgan gidrogenning [46] yorug'lik ta'sirida evolyutsiyasiga to'sqinlik qilishning mos usuli. Tezroq rivojlanish cho'ktirish jarayonlari yuqori o'tkazuvchanlik uchun talab qilinadi bir xil darajadagi samaradorlik bilan ushbu quyosh batareyasini ishlab chiqarish hozirgacha erishilgan[47]. Ushbu yagona ulanish konfiguratsiyasidan tashqari, a-Si quyosh batareyasi tandem yoki mikromorf shaklida tuzilishi mumkin. Mana, u Shuni ta'kidlash kerakki, vodorodlangan amorf silikon germaniy (a-SiGe:H) uchun kerakli absorber materialdir past yoki mikromorf quyosh batareyalari bandgap (Masalan = 1.39-1.53 eV) [27, 41]. A-Si: H yupqa plyonkali quyosh batareyasi, ichiga foton singdirilgan ichki qatlam elektron-teshikli juftlik va elektr maydon hosil qiladi ichki qatlam bo'ylab induktsiya qilingan elektronlarning siljishiga olib keladi n qatlamga va teshiklar p qatlamiga qarab. Uchun hujayra ish faoliyatini yaxshilash, yupqa darajali interfeys qatlami p/i interfeysining kamchiliklarini kamaytirish uchun ishlatilgan qisqa tutashuv oqimi va ochiq tutashuv uchun javobgardir kuchlanish [28, 38]. Biroq, an'anaviy a-Si: H hujayralari oldingi kontakt sifatida SnO2 yoki ZnO qoplangan oynaga yotqizilgan TCO. Plazmada kuchaytirilgan kimyoviy bug'larning cho'kishi (PECVD) Quyoshni ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladigan yotqizish usuli hujayra. Biroq, issiq sim kabi boshqa ishlab chiqarish usullari CVD, foto CVD, sputtering va elektron siklotron kimyoviy bug'larning rezonans birikmasi (ECR CVD) ham bor yuqori samarali quyosh batareyalarini ishlab chiqarishda qo'llanilgan [42-45] 4. CIGS Quyosh xujayrasi 4.1. Boshlanish va ajoyib taraqqiyot CIGS nozik plyonkali quyosh batareyalari tarixi shuni ko'rsatadiki birinchi CuInSe2 (MDH) yupqa plyonka Hahn tomonidan sintez qilingan 1953 [48] va Bell Laboratories ushbu materialni taklif qildi 1974 yildagi fotovoltaik material [49]. Birinchi CuInSe2/CdS tomonidan ishlab chiqarilgan heterojunction fotovoltaik qurilmalar bug'langan n-tipli CdS ning monokristal tepasida qoplanishi p-CuInSe2 ning 1974 yilda [50] va MDH quyosh xujayralari ishlab chiqarila boshlandi birinchi navbatda yuqori samaradorlikka (9,4%) e'tibor qaratiladi. yupqa plyonkali hujayralar haqida Boeing 1981 yilda xabar bergan [51]. Kimga sana, NREL CIGS solar sohasida etakchi tadqiqot tashkiloti hujayra rivojlanishi. Vaqti -vaqti bilan ular ajoyib hisobot berishadi qattiq shisha ustida CIGS quyosh batareyasi samaradorligini oshirish substrat. Bu quyosh batareyasining rekord samaradorligi haqida xabar berdi NREL tomonidan 1995 yilda 17,1% [52], 1999 yilda 18·8% [53] va 2008 yilda 19,9% [54]. Emdiruvchi qatlamni yotqizish uchun, shisha substrat - eng ko'p ishlatiladigan substrat; ammo, Hozirgi tendentsiya - metall plyonkalarda egiluvchan quyosh batareyalarini ishlab chiqish [55-57] va poliimid moslashuvchan substrat [58-60]. 1992 yilda, Mo, Ti va Al plyonkalari birinchi marta ishlatilgan Moslashuvchanlik uchun Xalqaro quyosh elektr texnologiyasi (ISET) quyosh xujayralari [61] va eng yuqori samaradorlikdagi CIGS quyosh xujayralari polimer folga 2013 yilda tayyorlangan [62]. E'tiborli joylashtirilgan CIGS quyosh xujayralarining xronologik rivojlanishi qattiq shisha substrat (R) va moslashuvchan shisha substrat (F) 2-jadvalda umumlashtirilgan. 2-jadval CIGS quyosh xujayralarining xronologik rivojlanishi Yil Samaradorlikni oshirish mexanizmi qo'llanildi Xabar berildi samaradorlik (Substrat turi) Tadqiqotchi/ Tashkilot 1976 yil CIGS yupqa plyonkali quyosh batareyasi samaradorligining birinchi sezilarli yutuqlari erishildi. CIGS (p-CuInSe2/n-CdS) fotovoltaik hujayra Ikki ish rejimi orqali ishlab chiqilgan (yoritish CuInSe2 orqali yoki CdS orqali) 100 mVt/sm2 volfram ostida 4,5% (R) Meyn universiteti [63]
Energiyani qayta tiklanadigan tadqiqotlarning XALQARO JURNALI A. Kowsar va boshqalar, 9 -jild, 2 -son, 2019 yil iyun 583 1,2 sm2 qurilmalar uchun halogenli yoritish. 1981 yil Birinchi yuqori samarali CuInSe2 quyosh batareyasi vakuum yordamida yaratilgan ustida bug'langan n-tipli CdS ning cho'kma qoplamasi kristalli p-CuInSe2 arzon substratlarga. 9,4% (R) Boeing [51] 1993 yil Absorber qatlami moslashuvchan Mo folga ustiga qo'yildi keyingi nurlanish bilan elektron nurli bug'lanish jarayoni. 8,3% (F) AIST [61] 1995 yil
Absorberni ko'tarish uchun Ga ning MDH matritsasiga kiritilishi tarmoqli oralig'i, ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan va to'ldirish faktori PVD tomonidan ishlab chiqarilgan yuqori samarali CIGS xujayrasi Mo-qoplangan sodali ohak shisha substratidagi elementlar. 17.1% (R) NREL [52] 1996 yil
Metall plyonkali substratning alternatividan foydalanish, foydalanishdagi birinchi hisobot moslashuvchan substrat sifatida polimid va CIGS xujayrasi ishlab chiqilgan metall prekursorlarni sepishning ikki bosqichli jarayoni bilan. 8,7% (F) ISET [58] 1999 yil A ZnO/CdS/Cu (In, Ga) Se2/Mo polikristalli yupqa plyonkali quyosh batareyasi shisha substratga yotqizildi, bu esa qo'shimcha samaradorlikni oshirish. 18 · 8% (R) NREL [53] 2008 yil
Ushbu hujayraning ishlashi yanada yaxshilandi CIGS cho'kishi paytida rekombinatsiyani kamaytirish. Bu rekombinatsiyaning qisqarishiga uchtasini tugatish orqali erishildi bosqichma-bosqich cho'kishni Ga-kambag'al (boy) qatlami bilan qayta ishlash. 19,9% (R) NREL [54, 62] 2010 yil
Mo substrat uchun erishilgan eng yuqori samaradorlik, bu erda CIGS uch bosqichli bug'lanish jarayoni yordamida Mo egiluvchan substratga yotqizilgan absorber qatlami. 14,6% (F) AIST [64] 2011 yil
Al folga substrat uchun erishilgan eng yuqori samaradorlik CIGS hujayralar vakuumli bo'lmagan past alyuminiy folga ustida ishlab chiqarilgan xarajatlarni bosib chiqarishni sozlash. 17,1% (F) Nano Quyosh va EMPA [5] 2012 yil
Mo/Ti bilan qoplangan zanglamaydigan po'lat uchun eng yuqori erishilgan samaradorlik (SS) CIGS xujayralari ishlab chiqarilgan substratlar qo'shimcha metall oksidi yoki metall nitridli nopoklik diffuzion to'siq silindrli ishlov berish yordamida. 17.7% (F) EMPA [65] 2013 CIGS uchun eng yuqori erishilgan moslashuvchan substratga asoslangan Quyosh batareyalari polimer folga ustida tayyorlangan. 20,4% (F) EMPA [62] 2017 yil
Chempion CIGS quyosh batareyasi MDH absorberi tomonidan ishlab chiqarilgan absorber qatlamining muhandislik va rivojlangan sirtini qayta ishlash qattiq shisha substratda birgalikda bug'lanish jarayonidan foydalanish. 22,5% (R) AIST [66] Izoh: AIST: Ilg'or sanoat fanlari va texnologiyalari instituti, ZSW: Zentrum für Sonnenenergie- und WasserstoffForschung, ISET: International Solar Electric Technology, Inc., EMPA: Shveytsariya materialshunoslik federal laboratoriyalari va Texnologiya. 4.2. Hujayra materiallari, konfiguratsiyasi va ishlab chiqarish tartibi CIGS quyosh xujayralarining faol materiallaridan iborat Tetraedral bog'langan birikma elementining to'g'ridan-to'g'ri tarmoqli oralig'i xalkopirit kristalli tuzilishga ega bo'lgan yarimo'tkazgichlar. CIGS Quyosh xujayrasi har qanday nisbatda qotishma natijasida hosil bo'lgan CuInSe2 CuGaSe2 bilan. Biroq, eng yuqori ishlash qurilmalari Ga nisbati (In + Ga) in oralig'i 0,25-0,35 [67] va bu Ga tarkibi har xil diapazon oralig'ini CuInSe2 va 1.68 eV uchun 1.04 eV qiymatlariga sozlang CuGaSe2 uchun [35, 68]. Eng boshida, CuInSe2 solar hujayra oddiy p-CuInSe2/n-CdS heterojunksiyasi edi [63], lekin Hozirgi kunda CIGS quyosh batareyasi quyidagicha tuzilgan: substrat/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/AZO/metall kontakt (Al) [69- 72]. Quyosh batareyasining CIGS tipik konfiguratsiyasi ko'rsatilgan Anjir. 2018-05-01 xoxlasa buladi 121 2. Qattiq substrat uchun ohakli shisha (SLG) tez -tez ishlatiladi. Shu bilan birga, moslashuvchan substratlar poliimid yoki metall folga ham intensiv ravishda ishlatilgan bu texnologiyada [73]. CIGS quyosh xujayrasida, chayqaldi molibden (Mo) qatlami orqa aloqa sifatida ham ishlatiladi eng so'rilmagan yorug'likni orqaga qaytarish uchun reflektor absorber qatlami. P tipidagi CIGS changni yutish qatlami o'stiriladi purkalgan Mo qatlami. Zamonaviy yuqori samarali CIGS quyosh batareyasi, absorber qatlamlari jismoniy bug 'bilan o'stiriladi cho'kma, masalan, termal birgalikda bug'lanish harorat (~ 600 0 C) va ikki bosqichli jarayon kabi Se -da selenizatsiya ortidan prekursor qatlamlarining chayqalishi bug 'yoki H2Se gazi [5]. Shakl 2. CIGS quyosh batareyasining sxematik diagrammasi [74] Absorberning ustiga yupqa n-tipli bufer qatlami qo'yiladi. Odatda kimyoviy vannada yotqizilgan CdS tampon qatlami sifatida ishlatiladi lekin atrof -muhit va xavfli ta'sirini hisobga olgan holda, rivojlantirish uchun keng qamrovli tadqiqotlar olib borildi kadmiy (Cd) bo'lmagan bufer qatlamlari. Bundan tashqari, ZnS, ZnSe, ZnO, (Zn,Mg)O, In(OH)3, In2S3, In2Se3, InZnSex, SnO2 va SnS2 bufer qatlam sifatida ishlatilgan va bu qatlamlar metall organik kabi turli o'sish usullari bilan cho'ktiriladi kimyoviy bug 'cho'kmasi (MOCVD), kimyoviy hammom cho'kma (CBD), elektrodepozitsiya, püskürtme, termal bug'lanish, atom qatlamini cho'ktirish (ALD), ion qatlami gaz reaktsiya (ILGAR) [75] va impulsli lazer birikmasi (PLD). CdS qatlamining sirt zararlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun ZnO qatlami (i-ZnO), u nisbatan qalinroq bilan qoplangan Al: tampon qatlamining tepasiga ZnO (AZO) qatlami qo'shiladi. Kimyoviy Bug'ni yotqizish usuli faqat ZnOni yotqizish uchun ishlatiladi qatlam [76]. AZO qatlami yig'ish uchun TCO sifatida ishlatiladi va elektronlarni hujayradan tashqariga tashish iloji boricha yorug'lik. 4.3. Muhim masalalar Ushbu sharhda biz muhim masalalarni aniqladik Quyosh xujayralari CIGS quyidagilardir: (1) hayotiy cho'kindi hosil qilish past haroratlarda moslashuvchan substratga ishlov berish (2) CdS bufer qatlami an'anaviy ravishda CBD tomonidan saqlanadi dan foydalanish tufayli eng katta sog'liq muammolarini keltirib chiqaradi kanserogen Cd, tiokarbamid va chiqindilarni hosil qilish echimlar. Selen (Se) yuqori toksiklik ko'rsatmaydi, lekin H2Se kabi Se birikmalari o'ta zaharli [77]. (3) Materiallarning mavjudligi ham CIGSning asosiy tashvishidir quyosh batareyasi. Quyosh batareyasining asosiy elementlari er qobig'ida juda kam uchraydigan metalldan tashqari Indium (In) va Gallium (Ga). Shuning uchun, resurs cheklovlar, shuningdek, ekologik muammolar salbiy yoritadi holda CIGS quyosh xujayralarining amaliy salohiyati haqida teravatt miqyosida joylashtirish (va havolalar shu erda). Qidiruv CIGS solar bilan solishtirganda toksik bo'lmagan muqobil materiallar hujayradan butunlay yasalgan CZTS quyosh batareyasi tug'ildi erga juda ko'p elementlar. 5. CZTS Quyosh xujayrasi 5.1. Boshlanish va ajoyib taraqqiyot Birinchi CZTS materiali 1967 yilda ishlab chiqilgan Nitsche va boshqalar. [78] kimyoviy bug 'tashish usuli yordamida va uning fotovoltaik ta'siri Ito va boshqalar tomonidan kuzatilgan. [79] dyuym 1988. samaradorlikka ega birinchi CZTS yupqa plyonkali quyosh batareyasi 0.66% Katagiri va boshqalar tomonidan xabar qilingan. [80, 81] 1997 yilda a yordamida vakuum-cho'ktirish usuli. Ta'lim sohasidagi ajoyib yutuqlar CZTS quyosh batareyalarining rivojlanishi 3-jadvalda keltirilgan. 6. CdTe quyosh batareyasi 6.1. Boshlanishi va ajoyib taraqqiyot CdTe kristali birinchi marta kimyoviy sintez qilingan 1879 yilda Margottet tomonidan qilingan vaqt [106] va uning p-turi va n-turi o'tkazuvchanlik birinchi marta xorijiy doping tomonidan xabar qilingan 1954 yilda Jenni va Bube tomonidan nopoklik [107] va Loferski 1956 yilda uni fotovoltaik material sifatida taklif qilgan [108]. Birinchidan bir kristalli gomojunction CdTe quyosh xujayrasi edi taxminan 2% samaradorlik bilan Rappaport tomonidan ko'rsatildi Indiumning p tipidagi CdTe kristallariga tarqalishi natijasida ishlab chiqarilgan 1959 yilda [109]. CdTe quyoshining tarixiy rivojlanishi hujayralar 4 -jadvalda umumlashtirilgan. Jadval 4 CdTe quyosh xujayralarining ajoyib xronologik rivojlanishi Yil samaradorligini oshirish mexanizmi qo'llanildi Samaradorlik Tadqiqotchi/ Tashkilot 1972 yil
CdTe yupqa plyonka samaradorligining birinchi sezilarli yutug'i heterojunction quyosh xujayrasi haqida xabar berilgan. Bu qatlamli yupqa plyonka hujayrasi 3 bosqichli jarayonda tayyorlangan, bu erda yuqori haroratli bug ' fazali yotqizish (VPD) CdTe plyonkasi va yuqori vakuum uchun ishlatilgan bug'lanish CdS plyonkasi uchun ishlatilgan. 6% Bonnet va Rabenhorst [110] 1977 yil
CdS/CdTe heterojunction quyosh batareyasini tayyorlash uchun CdS plyonkasi ishlatilgan vakuum orqali kimyoviy sayqallangan CdTe absorberiga joylashtiriladi bug'lanish va deraza qatlamini (In2O3: Sn) RF orqali kiritish chayqalish. 7,9% Stenford universiteti [111] 1979 yil
Yaqin kosmosda bug 'tashish orqali ishlab chiqarilgan CdTe yupqa plyonkali quyosh batareyasi p tipidagi mishyak qo'shilgan CdTe plyonkalarini n tipidagi kristallarga yotqizish. > 7% CNRS [112] 1982 yil CdTe sayoz homo-birikma xujayrasini yaqin fazoviy bug 'bilan ishlab chiqarilgan p-tipli CdTe epitaksial qatlamini hosil qilish uchun transport cho'kma texnikasi bitta kristalli n-tipli CdTe qatlami ustida. 11% CNRS [113] 1993 yil
Quyosh batareyasining CdTe -ning yana bir ajoyib yutug'i - bu birlashtirish CdCl2 yupqa plyonkali CdS/CdTe hetero-birikma hujayrali. Qaerda n-CdS tampon qatlami kimyoviy cho'milish va p- CdTe yordamida tayyorlandi Absorber qatlami yaqin masofada joylashgan sublimatsiya orqali yotqizilgan. 15,8% Janubiy universiteti Florida [114] 2001 yil Bug 'CdCl2 bilan ishlov berish va deraza qatlamini tozalash qayta ishlash bu yotqizilgan hujayraning qo'shimcha yaxshilanishiga olib keldi mesa shisha substratida. 16,5% NREL [115] 2009 yil
Qattiq shisha substratda CdTe quyosh xujayrasi cho'kishi bilan bir qatorda, a CdS/CdTe xujayrasi moslashuvchan engil polimidli plyonkaga joylashtirilgan past haroratlarda (<450 ° C) vakuumli bug'lanish texnikasi yordamida va materiallar isitiladigan havodagi keyingi tavlanish bosqichi qotib qolishi uchun ularni sovutib, sovitdilar. 12,4% EMPA [62] 2011 yil CdTe heterojunction samaradorligini sezilarli darajada yaxshilash Quyosh xujayrasi tomonidan ishlab chiqilgan oldingi xujayralarga nisbatan xabar berilgan EMPA. Bu erda CdS/CdTe hujayrasining absorber qatlami ishlab chiqilgan yaqin kosmik sublimatsiya usuli. 17,3%
First solar Inc. [116]
CdTe quyosh batareyasining eng yuqori samarali heterojunksiyasi 2016 yil yaqin kosmik sublimatsiya usuli bilan ishlab chiqilgan. 22,1% First Solar Inc. [6] 6.2. Hujayra materiallari, konfiguratsiyasi va ishlab chiqarish tartibi CdTe kristalida tetraedral atom koordinatsiyasi monotomik qattiq jismlarda olmos tuzilishiga olib keladi va ikkilik qattiq jismlardagi sinkblend va vursit tuzilmalari [117]. The adabiyotda topilgan CdTe tarmoqli bandining qiymati haqida xabar berilgan 1,44 eV; 1.464 eV; 1,50 eV; 1.51 eV va 300 da 1.56 eV K [22]. Ushbu CdTe quyosh batareyalari ikkalasida ham sozlanishi mumkin substrat va superstrat tuzilishi. Shu bilan birga, zamonaviy yuqori mahsuldorlik kameralari konfiguratsiya qilingan superstrate tartibga solish [118, 119]. Dastlabki konfiguratsiyada, vakuum bilan bug'langan CdS oyna qatlami va kimyoviy bug ' yotqizilgan CdTe absorber qatlami Mo substratiga yotqizilgan [110]. Biroq, bugungi kunga kelib, TCO oyna qatlami va CDS sifatida ishlaydi bufer qatlami sifatida joylashtirilgan. SnO2, In2O3: Sn, ZnO, Cd2SnO4 tez-tez adabiyotda ko'rilgan TCO sifatida ishlatiladi. Odatda TCO uchun ftor qo'shilgan qalay oksidi (FTO) va qo'shilmagan qalay oksidi (TO) ikki qatlamli oynalar MOCVD tomonidan joylashtirilgan. The TCO oldingi aloqa va lateral tok o'tkazgich bo'lib xizmat qiladi dirijyor. CDS oyna qatlami tomonidan yotqizilishi mumkin CBD [119], püskürtme birikmasi [120] va yaqin masofada sublimatsiya (CSS) [121]. CdTe absorber qatlamining ko'p qismi CSS tomonidan shisha substrat va CdTe qatlamiga yotqizilgan keyin CSS bilan ishlov berilgan CdCl2-bug 'bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, CdCl2 davolash don hajmini oshiradi, bu esa sezilarli darajada oshadi konvertatsiya samaradorligi [121]. A ning sxematik diagrammasi tipik CdTe quyosh xujayrasi 4-rasmda keltirilgan. 4-rasm. dan qabul qilingan CdTe quyosh batareyasining sxematik diagrammasi [122] ZnTe:Cu/Ti orqa kontakti ko'p manbali vakuumli ishlov berish kamerasi yordamida yotqiziladi. Bir nechta usullar mavjud Quyosh batareyalari uchun CdTe absorber qatlamini yotqizish uchun ishlatilgan [35], masalan, jismoniy bug 'cho'kishi (PVD), CSS, püskürtme cho'kma, elektrodepozitsiya, MOCVD, buzadigan amallar birikmasi, ekranli bosma va sinterlash, lekin eng yaxshi ishlashi CdTe asosidagi qurilmalar CSS yordamida ishlab chiqariladi [118, 123]. 6.3. Muhim masalalar CdTe hujayrasining tarkibiy elementlari Cd va Te, mos ravishda zaharli va kam materiallardir. CD sifatida olinadi rudadan va hozirda ruxni qayta ishlash jarayonining yon mahsuloti u juda ko'p materialdir. Bundan farqli o'laroq, Te rudadan misni qayta ishlash jarayonining yon mahsuloti sifatida olinadi va u kamdan-kam uchraydi. tuproq materiali [124]. Yuqorida aytib o'tilganidek, Cd tan olingan kanserogen elementlar sifatida, va ular sifatida tasniflanadi ekologik xavfli material, lekin CdTe birikmasi o'zi kamroq zaharli va juda bardoshli material ekanligi xabar qilingan [125]. Yana faollik paytida asosiy seziladigan xavflar CdTe quyosh panelining ishlash muddati buzilgan joydan chiqib ketadi modullar va yong'in xavfi. Shunday qilib, Cd ning toksikligi va etishmasligi Bu tijoratlashtirishni cheklaydigan asosiy muammolar Quyosh batareyasining bunday imkoniyatlari. 7. DSSC quyosh batareyasi 7.1. Boshlanish va ajoyib taraqqiyot Organik bo'yoqlarga fotoelektrik ta'sir o'tkazish bo'yicha tadqiqotlar o'tkazildi XIX asr oxirida kashf etilgan. Jeyms Moser birinchi marta kumush plitalarga fotoelektr ta'sir ko'rsatishi kuzatildi 1887 yilda eritrosin bo'yoqlari ishtirokida kuchaytirildi [126] va 1968 yilda organik yoritilganligi aniqlandi bo'yoqlar oksid elektrodlarida elektr ishlab chiqarishi mumkin elektrokimyoviy hujayralar [127]. Tajribasi asosida asosiy jarayonlarni tushunish va simulyatsiya qilish fotosintez, bo'yoq sezgirligi quyosh xujayrasi (DSSC) tamoyili 1972 yilda namoyish etilgan va muhokama qilingan Kaliforniya universiteti (UC), Berkli [128]. Biroq, ichida 1988 yilda bugungi kunda bo'yoqqa sezgir bo'lgan quyosh batareyasi bilan birgalikda ixtiro qilingan Brayan O'Regan (birinchi marta TiO2 filmini ixtiro qilgan) va Maykl Gratsel (organik bo'yoqni ixtiro qilgan) UCda Berkli va keyinchalik, bo'yoq sezuvchan kolloid TiO2 ga asoslangan filmlar, arzon narxlardagi, yuqori samarali hujayra tomonidan ishlab chiqilgan École Polytechnique da yuqorida tilga olingan tadqiqotchilar Fédérale de Lausanne (EPFL), 1991 yilda Shveytsariya [129] va Gratsel hujayrasi atamasini kiritdi. Xulosa ajoyib Quyida DSSC quyosh batareyasini ishlab chiqishdagi yutuqlar keltirilgan jadval 5. 5 -jadval DSSClarning ajoyib xronologik rivojlanishi Yil samaradorligini oshirish mexanizmi qo'llanildi samaradorlik Tadqiqotchi/ Tashkilot 1991 yil
DSSC samaradorligining birinchi sezilarli yaxshilanishiga erishildi. Bu qurilma optik shaffof plyonka asosida yaratilgan Qalinligi 10 mkm va o'lchamlari bir necha nanometr bo'lgan TiO2 zarrachalari. Bo'lgandi sezuvchanligini oshirish uchun bir qatlamli zaryad o'tkazuvchi bo'yoq bilan qoplangan plyonka, arzon narxli, yuqori mahsuldorlik kamerasi ishlab chiqilgan. 7.1-7.9% EPFL [129] Energiyani qayta tiklanadigan tadqiqotlarning XALQARO JURNALI A. Kowsar va boshqalar, 9 -jild, 2 -son, 2019 yil iyun 588 2003 yil
Yuqori harorat barqarorligiga erishish uchun amfifil rutenium bo'yog'i Z-907 {cis-RuLL'(SCN)2 (L= 4,4'-dikarboksilik kislota2,2'-bipiridin, L' = 4,4'-dinonil-2,2'-bipiridin)} ishlatilgan ichida yarim qattiq holatdagi polimer jel elektrolitlari bilan birgalikda. Bu bilan Bo'yoqqa sezgir quyosh batareyasi deyarli yarim qattiq holatda bo'lgan ishlab chiqarilgan. 6,1% EPFL [130] 2006 yil Suyuq elektrolitlar o'rniga, birinchi marta qattiq-gibrid bo'yoqlarga sezgirlangan quyosh xujayralari haqida xabar berildi. Orqa tomondan yoritilgan bo'yoq Sensibilizatsiyalangan quyosh xujayralari N719 sensibilizatsiyalangan TiO2 yordamida ishlab chiqarilgan Ti folgalarini anodlash yordamida sintez qilingan nanotuba KF, NaHSO4 va trisodyum sitrat o'z ichiga olgan elektrolitlar. 4,24% Pensilvaniya shtati Universitet [131] 2007 Har xil turdagi arzon organik bo'yoqlar bilan intensiv tadqiqotlar porfirin asosida o'tkazildi. uchun porfirinlar ishlatilgan bo'yoq yordamida sezgir TiO2 arzon eksitonik hujayralarini tayyorlash yodid/triyodid (I- /I3
- ) redoks elektrolitlari. 5,6% Massey universiteti [132, 133] 2008 yil Uch tuzdan tashkil topgan, erituvchisiz yangi oksidlanish-qaytarilish elektrolitlari organik erituvchilarni almashtirishda ishlatilgan. Bu uchlamchi eritma edi TiO2 plyonkasi va amfifil bilan birgalikda ishlatiladi heteroleptik ruteniy kompleksi Z907Na. Bu maqsadga erishishga olib keladi mukammal barqarorlik. 8.2% EPFL, Changchun instituti Amaliy kimyo [134][137] 2011 yil
Yella va boshqalar, poroskirin-sezgirlangan mezoskopik xabar berishdi (belgilangan YD2-o-C8) kobaltli (II/III) asosli redoks elektrolitli quyosh xujayralari I-dan foydalanish o'rniga /I3
– samaradorlikni cheklovchi redoks elektrolitlari bo'yoq sezgir quyosh xujayralari. 12,3% EPFL, Milliy Chung Hsing universiteti [135] 2013 yil Maykl Graetzel va boshqalar. eng zamonaviy eng yuqori samaradorlik haqida xabar berdi qattiq holatdagi mezoskopik bo'yoq sensibilizatsiyalangan quyosh xujayrasi. Ular buni uydirdilar gibrid perovskit CH3NH3PbI3 bo'yoq yordamida hujayra, keyinchalik ning ajratilgan eritmalaridan ikki bosqichli usulda joylashtiriladi CH3NH3I va PbI2. 15,0% EPFL, Max-Planck Institute for Solid-State Tadqiqot [136] 7.2. Hujayra materiallari, konfiguratsiyasi va ishlab chiqarish tartibi Materiallar va qatlam tuzilishiga kelsak, DSSC boshqa turdagi yupqa plyonkali quyosh batareyalaridan farq qiladi. The DSSC ikki qatlam orasiga joylashtirilgan bir necha qatlamlardan iborat elektrodlar. Har bir elektrodda TCO plyonkasi mavjud. Dastlab IndiumTin-oksid (ITO) TCO qatlami sifatida ishlatiladi, lekin ITO past qarshilikning termal barqarorligi, bu cheklov uchun hozirda FTO keng qo'llaniladi. Bundan tashqari, boshqa materiallar ham topilgan ZnO, Nb2O5 kabi adabiyotlar [137]. TiO2 nanozarrachalari sinterlangan va elektrodning FTO qatlamiga bog'langan. 5-rasm. Bo'yoqqa sezgir quyosh batareyasining tipik tuzilishi Keyin bo'yoq TiO2 qatlamiga so'riladi. Xuddi shunday, platina nanohissacıklar teskari FTO qatlamiga sinterlanadi elektrod va ikkala elektrod ham a bilan ulanadi ikki yoki uch qismli suyuq epoksi yoki polimer plomba eritiladi. Hujayra qurilishi elektrolitlar hujayraning markaziga kiradi [138]. General tipik DSSC tuzilishi 5-rasmda ko'rsatilgan. Rutenium bo'yog'i dastlab DSSCda ishlatilgan, ammo xurmo, bir nechta organik bo'yoqlar [139, 140] va noorganik bo'yoqlar [141] bu janr haqida xabar berilgan. Grätzel birinchi marta ishlatilgan LiI/I2 o'z ichiga olgan organik suyuq elektrolit. Keyinchalik, ko'p turlari I o'z ichiga olgan suyuq elektrolitlar - /I3 – redoks juftligi va yuqori dielektrik doimiy organik erituvchilar, masalan, asetonitril (AcN), etilen karbonat (EC), 3-metoksipropionitril (MePN), propilenkarbonat (PC), g-butirolakton (GBL), va N-metilpirolidon (NMP) tekshirildi va fotovoltaik samaradorligini bugungi kungacha topdi DSSClar[142, 143]. Suyuq elektrolitlar o'rniga, holetransport vositasi, qattiq holatda teshik tashuvchi vosita bu quyosh elementida ham ishlatilgan [144, 145]. Eng yaxshisi mualliflarning bilimlari, tayyorlashda keng qo'llaniladigan usullar Spin-qoplama yoki dip-qoplama, gidrotermal bilan TCO jarayoni adabiyotda purkash piroliz texnikasi sifatida ko'rsatilgan qatlam, kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD), sol-gel usuli [146]. Uchun TiO2 birikmasi, ekranli bosma [147], buzadigan amallar qoplamasi [148], elektroforetik yotqizish [149], spin qoplamasi [150] ishlatiladi bu sohadagi usul. 7.3. Muhim masalalar DSSCs xom ashyosining aksariyati arzon va ekologik toza va ishlab chiqarish tartibi kino hujayrasi juda oddiy. Lekin bir qator qimmat materiallar platina va ruteniy kabilar hali ham bu hujayrada ishlatiladi. Bo'yoqning uzoq muddatli chidamliligi, suyuq elektrolitlar oqishi DSSC uchun tijoratlashtirishda katta qiyinchilik tug'diradi har qanday ob -havoda foydalanish mumkin bo'lgan bunday hujayra. DSSC hali ham mavjud tadqiqot va rivojlanish bosqichi, lekin bu hujayralar uchun, yaqinda shisha o'rniga ishlatilgan polimer yoki metall folga substratlar substrat ularni tijoratlashtirishga undaydi [151, 152]. 8. Munozara Ushbu ko'rib chiqish ishining asosiy yo'nalishi - bu mavzuni ochib berish beshta asosiy TFSC samaradorligining sezilarli yutuqlari ularni ishlab chiqarish tartibining evolyutsiyasi bilan birga. Ushbu hujayralarning sezilarli xronologik yaxshilanishlari kuzatildi rasmda tasvirlangan 6. Shakl 6. Yupqa plyonkaning asosiy turlarining tarixiy rekord samaradorligi quyosh xujayralari (laboratoriya shkalasi) Ko'rinib turibdiki, ikkita alohida samaradorlik liniyasi (ikkalasi ham bitta birikma (S) va mikromorf (M) hujayra) bo'lgan a-Si:H quyosh xujayralari uchun chizilgan. A-Si: H quyosh batareyasi edi Dastlab, bitta bo'g'inli quyosh batareyasi sifatida ishlab chiqarilgan, lekin ikki va Uch birikma (ko'p funktsiyali) hujayra konfiguratsiyasi ham mavjud samaradorligini oshirish maqsadida ishlab chiqilgan ishonchliligi [36]. Aslida, ko'p funktsiyali quyosh batareyalari yaratilgan butun quyosh spektrini egallash va yakkalikni yengish birlashma quyosh batareyasi samaradorligini cheklash [1, 153, 154]. Biroq, tarmoqli oralig'i va yutilish koeffitsienti yuqori bo'lganligi sababli, Ko'rinadigan nurlanishning 90% faqat ichkariga singib ketadi 1 mikrometrli amorf yupqa plyonka [22], lekin qisqa bo'lgani uchun a-Si plyonkasidagi kristalli tartib va osilib turuvchi bog'lanishlar Quyosh batareyasining ishlashi uning bilan solishtirganda hayotiy emas kristalli silikonli quyosh batareyasi. Shunday qilib, samaradorlikni oshirish uchun bu hujayradan, ko'zgu yo'qotilishini kamaytirish va kuchaytirish optik yutilish talab qilinadi. Shu bilan birga, sirt antireflection bilan birgalikda teksturali substrat qatlami qoplama kiritilishi kerak [155]. Bugungi kunga kelib, CIGS hujayralari samaradorligi bilan solishtirish mumkin polikristalli Si quyosh batareyasi. Bu hujayralar yotqizilishi mumkin qattiq shisha substratda ham, moslashuvchan substratda ham va shunday edi hujayra bo'lganda samaradorlik yuqori bo'lishi kuzatildi qattiq substratga, ya'ni sodali ohak shishasi substratiga yotqizilgan Na ning ijobiy ta'siri tufayli. 6-rasmda ikkitasi alohida samaradorlik liniyalarini CIGS quyosh batareyasi uchun ham ko'rish mumkin, ulardan biri qattiq substratga asoslangan (R), ikkinchisi esa moslashuvchan substrat (F). CIGS hujayralarining samaradorligiga e'tibor bering asta-sekin o'sib boradigan moslashuvchan substratga yotqiziladi hujayra qattiq substratga yotqizilgan. Bu allaqachon aytib o'tilgan bu kameraning ishlab chiqarish qiymati ishlab chiqarilgandan past kristalli quyosh xujayrasi, ammo In va Ga tanqisligi hali ham hayotiy ahamiyatga ega qiyinchilik CIGS tampon qatlamining ko'p qismi zaharli moddalarni o'z ichiga oladi kadmiy tarkibi, bu cheklovni cheklaydi bu quyosh xujayrasining salohiyati. (CIGS) ga o'xshash, CdTe bitta ikkinchisi orasida eng ko'p o'rganilgan materiallar avlod yupqa plyonkali quyosh xujayralari. Biroq, ba'zilari bor uning xom ashyo narxi va zaharliligi bilan bog'liq masalalar. CZTS - yana bir istiqbolli yupqa plyonkali quyosh batareyasi anatomik jihatdan o'xshash tuzilgan CIGS. Anavi, tampon kabi turli qatlamlarni tayyorlash tartibi, CZTS oynasi va TCO qatlami ham CIGS xujayrasiga o'xshaydi. Bundan tashqari, DSSC xujayralari TFSClar orasida noyobdir hujayra tuzilishi va uni tashkil etuvchi materiallar shartlari. Bu quyosh xujayra yer tufayli CZTS ham istiqbolli hisoblanadi uning tarkibiy elementlarining ko'pligi va ularning ekologik toza tabiat. Shuning uchun, CZTS biri hisoblanadi qaramay, eng kerakli va yoqimli PV materiallari xabar qilingan samaradorlik CIGS va CdTe bilan solishtirganda pastroq. Beshta TFSC tadqiqot ishlarining qisqacha mazmuni 6-jadvalda tizimlilik uchun qiyosiy ma'lumotlar sifatida keltirilgan, optik va elektr xususiyatlari, materiallarning mavjudligi, toksiklik, barqarorlik va eng yuqori samaradorlik. Yupqa plyonkali quyosh xujayralari butun dunyo bo'ylab taxminan 4,5% ni qoplaydi fotovoltaik bozor ulushi a-Si: H 0,3%ni, CIGS ni qamrab oladi 1,9% va CdTe bozor ulushining 2,3% ni qoplaydi 2018 yil [1]. CIGS va CdTe quyosh batareyalari ham afzalliklarga ega ularning etuk ishlab chiqarish texnologiyasi, hozir ularning samaradorligi ko'p kristalli silikon quyosh bilan solishtirish mumkin hujayra, lekin ularning narxi bu turdagi Si ga qaraganda ancha past quyosh batareyasi. Bu hujayralarning har ikkalasi ham qattiq jismga yotqizilishi mumkin shisha substrat yoki moslashuvchan shisha substrat, ikkalasi ham bo'lishi mumkin substrat yoki substrat to'plamlarida tuzilgan. Biroq, ikkalasi ham tanqis va zaharli materiallardan foydalanadilar bu hujayralarning asosiy cheklovlari. Shunga qaramay, a-Si: H samaradorligi CIGS va CdTe bilan solishtirganda ancha past. va ma'lum vaqtdan keyin kamayadi. Bundan farqli o'laroq, CZTS va DSSC yupqa plyonkali oiladagi eng istiqbolli quyosh xujayralari, xom ashyo tufayli materiallarning ko'pligi, ekologik jihatdan qulayligi, arzonligi, shuningdek, sintez qilish va qayta ishlash usullari oson. Ushbu quyosh xujayralari hali ham tadqiqot va ishlab chiqish bosqichida, shuning uchun uning bozor ulushi emas, balki ularning taraqqiyoti global PVda tijoratlashtirish uchun asta-sekin oldinga siljiydi bozor.4
6-jadval. Beshta asosiy turdagi yupqa plyonkali quyosh batareyasining turli xususiyatlarini solishtirish Xususiyatlar a-Si:H Cell CIGS Cell CZTS Cell CdTe Cell DSSC Cell (taxminan) Kristal Tuzilishi NA xalkopirit Kesterit, xalkopirit, Vurtsit [89], Stannit [90] Olmos, Sinkblend, Vurtsit NA Qafas doimiy NA a = 0,56-0,58 nm c = 1,10-1,15 nm a = 0,5435 nm c = 1.0843 nm 0,648 nm KD Tarmoq oralig'i 1,6–1,8 eV [35, 38]
1,04eV (CuInSe2) 1,68eV
(CuGaSe2) [68] 1,4 ~ 1,5eV [92, 93, 95] 1.50 eV [22] 3.2-3.35eV TiO2 [156] 1.7 eV bo'yoq [157] Absorbtsiya Koeffitsient >105 sm−1 [22] >105 sm−1 [158] 104 sm-1 [86] >5×105 sm-1 [159] Sozlangan [160] Qabul qiluvchi Konsentr
Harakat 4,3×1016 sm-3 Ionlangan [161] 1015–1016/sm3 [162] 1016 sm-3 gacha 1018 sm-3 [163-165] > 1014 sm -3 [123] 1018 sm-3 uchun Teshik tashish o'rta [160] Teshik Harakatchanlik 0,3 sm2 /Vs [166]
250 sm2 /V.s
CuGaSe2 [167] 0,1-30 sm2 /V.s [79]
50-80 sm2 /V.s
[168] 1350 × 10-3 sm2 /V.s [160] Elektron harakatchanlik 2 sm2 /Vs [166] 90-900 sm2 /Vs [169]
> 5 sm2 /Vs
[157] 500–1000 sm2 /Vs [168]
450 × 10-4 sm2
/Vs [160] Toksiklik Toksik bo'lmagan Kamroq toksik Zaharli bo'lmagan Toksik Toksik bo'lmagan Material mavjudligi In va Ga mavjud cheklangan Mavjud CD mavjud Te cheklangan Mavjud Barqarorlik samaradorligi Kamroq barqaror Juda barqaror Juda barqaror barqaror Kamroq barqaror (bo'yoq) Eng yuqori Samaradorlik 13,4% 22,5% 12,6% 22,1% 15% Bozor
Ulashing 0,3% 1,9% ilmiy -tadqiqot bosqichi 2,3% ilmiy -tadqiqot bosqichi 9. Xulosa Ushbu maqolada, ajoyib rivojlanish, tarkibiy hujayra materiallar, asosiy turdagi ingichka plyonkalarni tayyorlash tartibi Quyosh batareyalari qayta ko'rib chiqildi. Qatlamlarni o'zgartirish ibtidoiy katakchadan tortib to hozirgi holatga o'tadigan hujayra konfiguratsiyasi yangisini kiritish bilan muhokama qilingan xom ashyo va ishlab chiqarish jarayoni. Buning uchun cheklovlar bu hujayralarning ishlashi hali ham bozor hukmronligidan past kremniyli quyosh batareyasi ham muhokama qilingan. Rekord samaradorlik, hozirgi kunga qadar, a-Si: H, CIGS, CZTS, CdTe va Dye uchun sezgir quyosh batareyasi (DSSC) 13,4%, 22,5%, 12,6%, 22,1% va mos ravishda 15%. Ularning orasida CZTS va DSSC hali ham tadqiqot va ishlab chiqish bosqichida, samaradorligi esa CIGS va CdTe quyosh batareyasini c-Si bilan solishtirish mumkin quyosh batareyalari samaradorligi. Biroq, ishlab chiqarish jarayoni c-Si xujayrasi yupqa plyonkali quyosh batareyalaridan ko'ra ko'proq qiyinchiliklar tug'diradi. Shunday qilib, Yupqa plyonkali PV texnologiyalari eng yaxshi deb hisoblanadi orasida teravatt miqyosda PVni joylashtirish uchun istiqbolli yumshatadigan mavjud qayta tiklanadigan energiya texnologiyalari hozirgi va kelajakdagi energiya inqirozi. Shuning uchun, keng qamrovli muhim muammolarni bartaraf etish uchun izlanishlar olib borish kerak ommalashtirish va hayotiylik uchun TFSC bilan bog'liq tijoratlashtirish. Yüklə 44,09 Kb. Dostları ilə paylaş:
|