Chế tạo tế bào quang điện chalcopyrite kinh tế và thân thiện môi trường
bởi Đại học Quốc gia Incheon
Các nhà nghiên cứu của Đại học Quốc gia Incheon báo cáo một kỹ thuật chế tạo thân thiện với môi trường, tiết kiệm chi phí, có khả năng mở rộng đối với pin mặt trời diselenua đồng indi gali lưu huỳnh hiệu quả cao, sử dụng phương pháp lắng đọng phun nước trong môi trường không khí và tránh các điều kiện chân không đắt tiền. Ảnh: JunHo Kim, Đại học Quốc gia Incheon
Các giải pháp năng lượng sạch, bền vững là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của nhân loại. Pin mặt trời hiệu suất cao là những ứng cử viên đầy hứa hẹn để giảm lượng khí thải carbon và đạt được mức trung hòa carbon. Về vấn đề này, pin mặt trời đồng indi gali lưu huỳnh diselenua (CIGSSe) được xử lý bằng dung dịch đã tạo ra sự quan tâm đáng kể nhờ các đặc tính quang điện tuyệt vời của chúng, chẳng hạn như khả năng hấp thụ cao ánh sáng khả kiến, độ ổn định và dải thông điều chỉnh được.
Tuy nhiên, quy mô lớn, các ứng dụng thực tế bị giới hạn bởi một thách thức kép. Thứ nhất, việc chế tạo CIGSSe dựa trên giải pháp mang lại hiệu suất chuyển đổi năng lượng rất thấp và thường sử dụng các dung môi không thân thiện với môi trường. Thứ hai, để đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn, các phương pháp chế tạo dựa vào môi trường chân không đắt tiền dẫn đến hao hụt vật liệu đáng kể.
Để đạt được mục tiêu này, một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư JunHo Kim từ Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Toàn cầu về Tính trung hòa Carbon, Đại học Quốc gia Incheon, Hàn Quốc, đứng đầu đã phát triển một phương pháp chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao CIGSSe có chi phí thấp và thân thiện với môi trường.
Trong một nghiên cứu được công bố trên Advanced Functional Materials, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp lắng đọng phun nước trong môi trường không khí và phát triển pin mặt trời CIGSSe có hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) lớn hơn 17 %.
Giáo sư Kim giải thích: “Đối với dung dịch phun, chúng tôi đã sử dụng nước khử ion, đây là dung môi thân thiện với môi trường và rẻ nhất cho đến nay. Hơn nữa, các quy trình chế tạo dựa trên giải pháp thông thường dựa trên các bộ đệm dựa trên cadmium nguy hiểm với môi trường để tối ưu hóa pin mặt trời màng mỏng. Trong kỹ thuật mới này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng đệm dựa trên indi sulfua, một chất thay thế thân thiện với môi trường, không chứa cadmium.
Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu thêm về tác dụng hợp kim của zirconi trên các chất đệm indi sulfua. Đáng chú ý, nhóm đã phát hiện ra rằng hợp kim zirconium làm tăng nồng độ điện tử trong bộ đệm. Ngoài ra, phương pháp này "thụ động hóa" hoặc giảm các trạng thái lỗi trong bộ hấp thụ CIGSSe, tối ưu hóa quá trình truyền điện tích giữa các giao diện khác nhau, dẫn đến PCE được tăng cường.
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã đạt được nhiều thụ động hóa khuyết tật hơn và PCE cao hơn, hơn 17%, bằng cách hợp kim hóa chất hấp thụ CIGSSe với kali. Ô được chế tạo có khoảng cách băng thông tối ưu cho các ứng dụng hiệu suất cao, chẳng hạn như ô dưới cùng hoặc ô song song.
Kỹ thuật mới này tiết kiệm chi phí và dễ dàng mở rộng vì nó không yêu cầu môi trường chân không. Như Giáo sư Kim nhận xét: "Chúng tôi đã tiến hành lắng đọng phun trong môi trường không khí mà không sử dụng bất kỳ cơ sở chân không cao nào, giúp giảm đáng kể chi phí chế tạo và do đó làm cho kỹ thuật chế tạo trở nên thực tế và cạnh tranh hơn trong lĩnh vực công nghiệp."
Sự phát triển này đồng thời cải thiện hiệu suất và chế tạo pin mặt trời CIGSSe. Điều này sẽ cách mạng hóa việc ứng dụng các tế bào này trong các thiết bị quang điện tích hợp và thiết bị quang điện tích hợp trên xe, đồng thời làm nguồn năng lượng cho các thiết bị internet vạn vật.
