A Japán Nemzeti Fejlett Ipari Tudományos és Technológiai Intézet új hatékonysági rekordot állítottak fel a réz-gallium-szelenid (CuGaSe₂) napelemek terén, elérve a 12,28 százalékos energiaátalakítási hatékonyságot.

A CuGaSe₂ a kalkopirit családba tartozó kalkogenid félvezető, amely szorosan kapcsolódik a szélesebb körben használt réz-indium-gallium-szelenid (CIGS) anyagokhoz. Körülbelül 1,68 eV-os közvetlen sávszélessége lehetővé teszi a látható napfény hatékony elnyelését, ami kiváló teljesítményt biztosít a napenergia-átalakításban.

Az ilyen napelemekben használt réz-gallium-szelenid anyag erős hibatűréssel rendelkezik, ami segít csökkenteni a töltéshordozók rekombinációját és fenntartani a magas teljesítményt akkor is, ha a kristályszerkezet nem tökéletes.

A kutatók szerint az elért 12,28 százalékos hatékonyság a legmagasabb érték, amelyet széles sávrésű kalkogenid napelemeknél az 1,65–1,75 eV tartományban jelentettek, különösen az indiummentes kalkopirit vagy CIGS-alapú napelemek esetében. Ez meghaladja a Progress in Photovoltaics által kiadott legújabb Efficiency Tables – Version 67 című kiadványban szereplő, CuGaSe₂-alumínium napelemekre vonatkozó korábbi rekordokat. A napelem teljesítményét független kutatóintézet validálta. 

A rekordot felállító napelem egy precíz háromlépcsős eljárással előállított réz-gallium-szelenid abszorberen alapul. Az első lépcsőben alumíniumot és rubídium-fluoridot (RbF) adnak hozzá, a végső lépcsőben pedig további RbF-et, hogy növeljék a nyitott áramkör feszültségét, miközben megőrzik a magas hatékonyságot.

A cella nátrium-kalcium-üveg hordozón épül, molibdén hátsó érintkezővel. Ezen felül helyezkedik el az indiummentes kalkopirit abszorber, amelyet egy 150 nm-es kadmium-szulfid pufferréteg, egy cink-oxid ablakréteg és egy fémrácsos elektróda követ. Ez a gondosan megtervezett rétegszerkezet segít maximalizálni a hordozók begyűjtését és a napelemek általános teljesítményét.

Forrás: Interesting Engineering

Borítóképünk illusztráció, forrása: Stock Adobe