שיא עולמי חדש עבור תאים סולאריים CIGS

פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


אוניברסיטת אופסלה היא בעלת השיא העולמי החדש לייצור אנרגיה חשמלית מתאי שמש CIGS. שיא העולם החדש הוא 23.64 אחוז יעילות. המדידה נעשתה על ידי מכון בלתי תלוי והתוצאות מתפרסמות בכתב העת אנרגיית הטבע.

פרסומת

השיא נובע משיתוף פעולה בין חברת First Solar European Technology Center (שנודעה בעבר בשם Evolar) לבין חוקרי תאים סולאריים באוניברסיטת אופסלה.

"המדידות שעשינו בעצמנו עבור תא סולארי זה ותאים סולאריים אחרים שיוצרו לאחרונה נמצאות בטווח השגיאה למדידה העצמאית. המדידה הזו תשמש גם לכיול פנימי של שיטות המדידה שלנו", אומרת מריקה אדוף. פרופסור לטכנולוגיית תאים סולריים באוניברסיטת אופסלה, האחראי על המחקר.

שיא העולם הקודם עמד על 23.35 אחוז (Solar Frontier, יפן), לפניו 22.9 אחוז (ZSW, גרמניה). אוניברסיטת אופסלה החזיקה בשיא בעבר, הפעם הראשונה הייתה בשנות ה-90 בשיתוף הפעולה המחקרי Euro-CIS.

"בתקופה מסוימת גם החזקנו בשיא של אב טיפוס מחובר לסדרה. למרות שעבר די הרבה זמן מאז שהחזקנו בשיא התא, לעתים קרובות היינו רק מאחורי התוצאות הטובות ביותר וכמובן שיש הרבה היבטים רלוונטיים שיש לקחת בחשבון , כמו הפוטנציאל להגדלה לתהליך בקנה מידה גדול, שבו תמיד היינו בחזית", אומר אדוף.

תאים סולאריים גדלים במהירות ברחבי העולם ואנרגיה סולארית היוותה קצת יותר מ-6% מהחשמל ברחבי העולם בשנת 2022 על פי סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA). המודולים הסולאריים הטובים ביותר של סיליקון גבישי, שהוא החומר הנפוץ ביותר בתאים סולאריים, ממירים כיום יותר מ-22% מאור השמש לאנרגיה חשמלית ותאים סולאריים מודרניים הם גם בעלות נמוכה וגם יציבים בטווח הארוך.

יעד אחד במחקר תאים סולאריים הוא להגיע ליותר מ-30 אחוז יעילות בעלויות ייצור סבירות. ההתמקדות היא לעתים קרובות מאוד בתאים סולאריים טנדם, שכן הם יעילים יותר, אך עד כה הם היו יקרים מדי לשימוש בקנה מידה גדול.

שיא העולם של 23.64 אחוזים נמדד על ידי המכון העצמאי Fraunhofer ISE בגרמניה. המאמר המלומד מציג ניתוח חומר וחשמלי יסודי של התא הסולארי וכן השוואה לרישומים קודמים עבור אותו סוג של תא סולארי ממוסדות מחקר אחרים.

התכונות החשובות ביותר של תא סולארי הן היכולת לקלוט אור והיכולת להעביר אנרגיה למטען חשמלי. כדי שזה יצליח, החומר חייב להיות מסוגל לספוג חלק אופטימלי של אור השמש תוך הימנעות מבזבוז אנרגיה זו על ידי המרתה לחום בתוך התא הסולארי.

תאים סולאריים של CIGS מורכבים מיריעת זכוכית העשויה מזכוכית רגילה לחלון שצופה בכמה שכבות שונות שלכל אחת מהן משימה מסוימת. החומר הסופג את אור השמש מורכב מנחושת, אינדיום, גליום וסלניד (ומכאן ראשי התיבות CIGS), עם תוספות של כסף ונתרן. שכבה זו מונחת בתא הסולארי בפועל, בין מגע אחורי של מוליבדן מתכתי למגע קדמי שקוף. כדי להפוך את התא הסולארי ליעיל ככל האפשר בהפרדת האלקטרונים, שכבת ה-CIGS מטופלת ברובידיום פלואוריד. האיזון בין שתי המתכות האלקליות, נתרן ורובידיום, והרכב שכבת ה-CIGS הם המפתח ליעילות ההמרה, כלומר חלקו של ספקטרום השמש המלא המומר לאנרגיה חשמלית בתא הסולארי.

כאשר מכוני מדידה עורכים את הבדיקות שלהם, הם מודדים את יעילות התא הסולארי באמצעות אור מסונן המחקה את השמש הן בעוצמה והן בספקטרום. במהלך המדידה, התא הסולארי נשמר בטמפרטורה מבוקרת והמכונים העצמאיים שולחים באופן קבוע תאים סולאריים מכיול זה לזה. כדי להירשם כשיא עולמי, נדרשת מדידה עצמאית, שבמקרה זה בוצעה על ידי מכון המדידה Fraunhofer ISE.

"המחקר שלנו מדגים שטכנולוגיית הסרט הדק של CIGS היא אלטרנטיבה תחרותית כתא סולארי עצמאי. לטכנולוגיה יש גם תכונות שיכולות לתפקד בהקשרים אחרים, כמו התא התחתון של תא סולארי טנדם", אומר אדוף.

נעשה שימוש במספר שיטות מדידה מתקדמות כדי להבין יותר את המתאם בין היעילות למבנה התא הסולארי: חומר מהתא הסולארי אופיין על ידי ננו-XRF (ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן) במתקן MAX IV בלונד, שם בוצע ניתוח קומפוזיציה קפדני. נעשה שימוש במיקרוסקופ אלקטרוני שידור (TEM) ברזולוציה גבוהה כדי לחקור חתכים רוחביים של תא השמש, הן הרכב כפונקציה של עומק והן אופן הבנייה של גרגרי הגביש, כמו גם הממשקים בין השכבות. באמצעות photoluminescence, הספקטרום של האור הנפלט מהתא הסולארי לאחר עירור בלייזר נחקר כאמצעי להבין עד כמה התא הסולארי דואג לאלקטרונים באופן פנימי. לתא סולארי שמאיר בבהירות יש נתח נמוך יותר של הפסדי חום פנימיים מאשר לתא סולארי שמאיר בחלשות. לבסוף, נעשה שימוש בשיטות מדידה חשמליות כדי לנתח את הסימום של החומר CIGS.

"העובדה שאנו מחזיקים כעת בשיא העולם משמעותה רבות הן עבור אוניברסיטת אופסלה והן עבור המרכז הטכנולוגי האירופי הסולארי הראשון. עבור טכנולוגיית ה-CIGS, הידועה באמינות גבוהה, שיא עולמי אומר גם שהיא עשויה להציע אלטרנטיבה בת קיימא לחדשות יישומים למשל בתאים סולאריים טנדם. זה חשוב לעמיתינו למחקר ברחבי העולם. אנו מקווים שהניתוחים של החומר והתכונות החשמליות יספקו בסיס לשיפורים נוספים בביצועים", מסכם אדוף.



קישור לכתבת המקור – 2024-02-26 18:46:16

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר