Strategi untuk penguatan lebih lanjut

Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:

fakta diverifikasi

publikasi yang ditinjau oleh rekan sejawat

sumber terpercaya

membenarkan

OKE!

oleh Ingrid Fadelli, Phys.org

Analisis STEM – EDS dari sel surya lengkap. Kredit: Energi Alam (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01472-3

× tutup

Analisis STEM – EDS dari sel surya lengkap. Kredit: Energi Alam (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01472-3

Hingga saat ini, sel surya berbasis kalkopirit mencapai efisiensi konversi energi maksimum sebesar 23,35%, seperti yang dilaporkan pada tahun 2019 oleh Solar Frontier, yang sebelumnya berbasis di Jepang Solar Energy. Namun, peningkatan efisiensi lebih lanjut sejauh ini terbukti menantang.

Para peneliti dari Universitas Uppsala dan First Solar European Technology Center AB (sebelumnya Evolar AB) di Swedia baru-baru ini mencapai efisiensi yang lebih tinggi yaitu 23,64% pada sel surya berbasis kalkopirit. Efisiensi ini, dilaporkan dalam Nature Energy, dicapai dengan menggunakan dua teknik utama, yaitu paduan perak konsentrasi tinggi dan kontak balik tajam dengan galium.

“Tujuan utama dari penelitian kami adalah untuk meningkatkan efisiensi sel surya film tipis berbasis CIGS yang pada akhirnya mengurangi harga per watt puncak modul besar terkait,” kata Jan Keller, penulis pertama makalah, Phys. organisasi. “Pekerjaan kami memanfaatkan pengetahuan dari banyak kelompok penelitian di seluruh dunia, yang dikumpulkan selama beberapa dekade terakhir.”

Salah satu upaya penelitian sebelumnya yang menginspirasi makalah ini adalah keberhasilan paduan perak dengan tembaga-indium-gallium selenida, yang pertama kali ditunjukkan oleh kelompok penelitian di Jepang sekitar dua dekade lalu. Selain itu, para peneliti terinspirasi oleh penelitian 10 tahun lalu yang menunjukkan efek menguntungkan dari memasukkan alkali berat ke dalam bahan penyerap.

“Selain mengembangkan penelitian internasional selama sekitar 40 tahun mengenai sel surya kalkopirit, kami menggabungkan empat pendekatan berbeda untuk meningkatkan kinerja,” jelas Keller. “Secara khusus, kami menambahkan konsentrasi perak yang relatif tinggi ke penyerap, menerapkan profil kedalaman Gallia seperti ‘tongkat hoki’, menyesuaikan perlakuan RbF pasca pengendapan pada komposisi penyerap, dan menjadikan penyerap ditingkatkan pencahayaannya.”

Dengan menggabungkan strategi desain dan fabrikasi ini, Keller dan rekan-rekannya mampu meningkatkan struktur mikro CIGS, mengurangi kepadatan cacat, dan memoderasi fluktuasi celah pita. Selain itu, mereka dapat mempasifkan permukaan penyerap di sel surya dan meningkatkan kepadatan doping.

Analisis struktur perangkat dengan mikroskop elektron. Kredit: Energi Alam (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01472-3

× tutup

Analisis struktur perangkat dengan mikroskop elektron. Kredit: Energi Alam (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01472-3

Pada pengujian awal, sel surya CIGS yang memecahkan rekor mencapai efisiensi radiasi eksternal yang tinggi sebesar 1,6%, sehingga menghasilkan defisit tegangan rangkaian terbuka yang relatif rendah. Hebatnya, perangkat ini mencapai efisiensi tertinggi yang dilaporkan untuk sel surya berbasis CIGS hingga saat ini dan kinerjanya telah disertifikasi secara eksternal oleh Fraunhofer ISE Institute (Jerman) yang independen.

“Kami mampu meningkatkan rekor efisiensi sel surya berbasis CIGS sebelumnya dari 23,35% (Solar Frontier, 2019, Jepang) menjadi 23,64% (bersertifikasi eksternal), yang merupakan peningkatan substansial,” kata Keller. “Untuk sertifikasi eksternal, perlu menggunakan masker bayangan (A=0,9 cm2). Tanpa masker bayangan, kami bahkan mengukur efisiensi sebesar 23,75% (A=1,03 cm2) di laboratorium kami.”

Penelitian terbaru yang dilakukan oleh tim peneliti ini menyajikan proses manufaktur yang menjanjikan untuk mencapai efisiensi sel surya yang lebih tinggi berdasarkan kalkopirit. Temuan ini dapat menjadi dasar untuk pengembangan lebih lanjut sel surya dan berpotensi berkontribusi terhadap penyebarannya secara luas.

Dalam makalah mereka, Keller dan rekan-rekannya menguraikan serangkaian kemungkinan strategi untuk meningkatkan kinerja sel surya berbasis kalkopirit untuk mencapai efisiensi di atas 25%. Strategi yang paling langsung adalah dengan memitigasi hilangnya penyerapan parasit, yang dapat dicapai dengan berbagai cara.

“Pada akhirnya, kepadatan cacat pada volume penyerap perlu dikurangi. Meskipun CIGS-PV lebih stabil dibandingkan perangkat perovskit dengan rekor efisiensi tertinggi saat ini, CIGS-PV mengalami kerugian rekombinasi non-radiasi yang jauh lebih tinggi. film kalkopirit yang lebih baik antara elektroda yang lebih transparan,” tambahnya Keller.

“Studi terbaru yang dilakukan oleh EMPA (Swiss) menunjukkan potensi tinggi untuk aplikasi bifacial yang memerlukan penggantian kontak belakang Mo dengan lapisan oksida konduktif transparan.”

Informasi lebih lanjut:
Jan Keller dkk, Paduan perak dengan konsentrasi tinggi dan galium kontak balik yang curam memungkinkan sel surya tembaga-indium-gallium selenida dengan efisiensi 23,6%, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01472-3

Informasi dari buku harian:
Energi alam