Progress in Major Thin-film Solar Cells: Growth Technologies, Layer Materials and Efficiencies

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.