Jelenleg a kristályos szilícium a legszélesebb körben használt napelemtípus, mivel olcsó és hosszú élettartamú. Az ilyen napelemekkel elért energiaátalakítási hatásfok azonban mindössze 22 százalékos, ami azt jelenti, hogy a Földre érkező napfény közel 80 százalékát nem sikerül hasznosítani.

A fejlesztés egyik iránya a perovszkit alapú, tandem napelemek, amelyek papíron több mint 30 százalékos energiaátalakítási hatékonyságot kínálnak, ugyanakkor az előállítási költségük jóval magasabbak. Itt jön be a képbe a CIGS napelem, amely normál ablaküveggel rendelkezik, és különböző, meghatározott funkciót ellátó elemekből álló rétegeket tartalmaz. Ezek a rétegek jellemzően réz, indium, gallium és szelén (innen a CIGS elnevezés), és további ezüst- és nátriumrétegeket is tartalmaznak. Ezek a rétegek a molibdén hátoldali kontaktréteg előtt és egy átlátszó elülső kontaktréteg alatt helyezkednek el. A CIGS-réteget rubídium-fluoriddal kezelik; a nátriumréteg a rubídiummal reagálva olyan egyensúlyt hoz létre, amely lehetővé teszi az elektronok hatékony szétválását, ezáltal növelve a napelem hatékonyságát.

A japán Solar Frontier elsőként mutatta be, hogy a CIGS napelemek képesek 23 százalékot meghaladó energiaátalakítási hatékonyságot elérni.Most az Uppsalai Egyetem és a First Solar Európai Technológiai Központ kutatói 23,64 százalékos hatékonysággal új világrekordot állítottak fel.Teljesítményüket a németországi Fraunhofer ISE Intézet egymástól függetlenül megerősítette.

A svéd kutatók röntgenfluoreszcencia spektroszkópiával (nano-XRF) elemezték a különböző rétegek összetételét, viselkedését. A keresztmetszetek vizsgálatához nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópiát (TEM) használtak, amely segített megérteni, hogyan épültek fel a kristályszemcsék, és hogyan kapcsolódtak a rétegekhez. Ezeket az információkat a CIGS napelem teljesítményének további növelésére fogják felhasználni. 

A kutatók eredményei a Nature magazin oldalán olvashatók.

Forrás: Interesting Engineering 

Borító kép: Uppsala University