Rezultati istraživanja predstavljaju plod suradnje između tvrtke First Solar European Technology Center (prijašnji naziv Evolar) i istraživača solarnih ćelija na Sveučilištu Uppsala.

"Naše mjerenje ove i drugih nedavno proizvedenih solarnih ćelija nalazi se unutar granica pogreške neovisnog mjerenja. To će mjerenje poslužiti i za unutarnju kalibraciju naših metoda mjerenja," izjavila je Marika Edoff, profesorica tehnologije solarnih ćelija na Sveučilištu Uppsala, koja je vodila istraživanje.

Prethodni svjetski rekord bio je 23,35 posto (Solar Frontier, Japan), a prije toga 22,9 posto (ZSW, Njemačka). Sveučilište Uppsala već je ranije držalo rekord, prvi put tijekom 1990-ih u sklopu istraživačke suradnje Euro-CIS.

"Bili smo i rekorderi za prototip spojen u seriju. Iako je prošlo dosta vremena otkako smo posljednji put držali rekord za ćeliju, često smo bili odmah iza najboljih rezultata. Naravno, mnogi su relevantni aspekti za razmatranje, kao što je mogućnost proširenja na proces velikih razmjera, gdje smo uvijek bili među vodećima," objasnila je Edoff.

Korištenje solarnih ćelija u svijetu brzo raste, a solarna energija činila je malo više od 6 posto svjetske električne energije u 2022. godini, prema Međunarodnoj energetskoj agenciji (IEA). Najbolji solarni moduli od kristalnog silicija, koji se najviše koristi u solarnim ćelijama, trenutačno pretvaraju više od 22 posto sunčeve svjetlosti u električnu energiju, a moderni solarni paneli su i niskotroškovni i dugoročno stabilni.

Jedan od ciljeva istraživanja solarnih ćelija je postizanje efikasnosti veće od 30 posto uz prihvatljive proizvodne troškove. Fokus je često na tandemske solarne ćelije jer su učinkovitije, ali do sada su bile previše skupe za masovnu uporabu.

Svjetski rekord od 23,64 posto izmjerio je neovisni institut Fraunhofer ISE u Njemačkoj. Znanstveni rad predstavlja detaljnu materijalnu i električnu analizu solarne ćelije te usporedbu s prethodnim rekordima za isti tip solarne ćelije iz drugih istraživačkih institucija.

Najvažnija svojstva solarne ćelije su sposobnost apsorpcije svjetlosti i transporta energije do električnog tereta. Da bi to bilo uspješno, materijal mora biti sposoban apsorbirati optimalni dio sunčeve svjetlosti, izbjegavajući pritom gubitak energije pretvaranjem u toplinu unutar solarne ćelije.

Solarni paneli CIGS sastoje se od staklene ploče uobičajenog prozorskog stakla prekrivene nekoliko različitih slojeva, pri čemu svaki sloj ima specifičnu ulogu. Materijal koji apsorbira sunčevu svjetlost sadrži bakar, indij, galij i selenid (otuda akronim CIGS), uz dodatke srebra i natrija. Taj se sloj nalazi u samoj solarnoj ćeliji, između stražnjeg kontakta od metalnog molibdena i prozirnog prednjeg kontakta. Da bi solarna ćelija bila što učinkovitija u odvajanju elektrona, CIGS sloj se tretira s rubidijevim fluoridom. Ravnoteža između dva alkalijska metala, natrija i rubidija, te sastav CIGS sloja ključni su za učinkovitost pretvorbe, tj. udio cjelokupnog solarnog spektra koji se pretvara u električnu energiju u solarnoj ćeliji.

Kada instituti za mjerenje provode svoja testiranja, mjere učinkovitost solarnih ćelija koristeći filtrirano svjetlo koje oponaša sunce po intenzitetu i spektru. Tijekom mjerenja, solarna ćelija se održava na kontroliranoj temperaturi, a neovisni instituti redovito šalju kalibracijske solarne ćelije jedni drugima. Da bi se registrirao kao svjetski rekord, potrebno je neovisno mjerenje, što je u ovom slučaju proveo institut za mjerenje Fraunhofer ISE.

"Naša studija pokazuje da je tehnologija tankih filmova CIGS konkurentna alternativa kao samostalna solarna ćelija. Tehnologija također ima svojstva koja mogu funkcionirati u drugim kontekstima, poput donje ćelije tandemske solarne ćelije," izjavila je Edoff.

Koristile su se brojne napredne metode mjerenja kako bi se dodatno razumjela povezanost između učinkovitosti i strukture solarne ćelije: materijal iz solarne ćelije karakteriziran je nano-XRF (spektroskopijom fluorescencije X-zraka) u objektu MAX IV u Lundu, gdje je provedena pažljiva analiza sastava. Za proučavanje presjeka solarne ćelije koristila se transmisijska elektronska mikroskopija (TEM) visoke rezolucije, kako u smislu sastava u funkciji dubine, tako i načina na koji su građene kristalne zrnca, kao i sučelja između slojeva. Koristeći fotoluminiscenciju, proučavan je spektar svjetlosti koju solarna ćelija emitira nakon pobude laserom kao sredstvo za razumijevanje kako dobro solarna ćelija interno koristi elektrone. Solarna ćelija koja svijetli svjetlije ima manji udio unutarnjih gubitaka topline od solarne ćelije koja slabo svijetli. Naposljetku, korištene su električne metode mjerenja za analizu dopinga materijala CIGS.

"Činjenica da sada držimo svjetski rekord puno znači i za Sveučilište Uppsala i za First Solar European Technology Center. Za tehnologiju CIGS, koja je poznata po visokoj pouzdanosti, svjetski rekord također znači da bi mogla ponuditi održivu alternativu za nove primjene, npr. u tandemske solarne ćelije. To je važno za naše istraživač

ke kolege diljem svijeta. Nadamo se da će analize materijalnih i električnih svojstava pružiti osnovu za daljnje poboljšanje učinkovitosti," zaključila je Edoff.

Izvor: Uppsala universitet