Istraživači japanskog Nacionalnog instituta za naprednu industrijsku nauku i tehnologiju (AIST) ostvarili su značajan pomak u oblasti fotonaponskih tehnologija postavivši novi rekord u efikasnosti solarnih ćelija zasnovanih na bakar-galijum-selenidu (CuGaSe2). Postignuta stopa konverzije energije od 12,28% predstavlja najvišu zabeleženu vrednost za ovu vrstu materijala.
Ilustracija (Foto: Pexels)
CuGaSe2 pripada grupi halkogenidnih poluprovodnika iz porodice halkopirita i blisko je povezan sa već široko primenjivanim CIGS materijalima. Njegov direktni energetski procep od približno 1,68eV omogućava efikasno apsorbovanje vidljive svetlosti, što ga čini pogodnim za primenu u naprednim solarnim tehnologijama.
Poseban značaj ovog dostignuća ogleda se u činjenici da CuGaSe2 ne sadrži indijum, što ga svrstava među perspektivne kandidate za razvoj naredne generacije ekološki prihvatljivih solarnih ćelija. Istovremeno, rezultati potvrđuju potencijal materijala sa širokim energetskim procepom u unapređenju performansi fotonaponskih sistema.
Oglas
Materijal korišćen u ćeliji pokazao je visoku toleranciju na defekte u kristalnoj strukturi, što doprinosi smanjenju rekombinacije nosilaca naelektrisanja i očuvanju stabilnih performansi čak i u lošijim uslovima.
Prema navodima vodećeg autora istraživanja Shogo Ishizuka, ostvarena efikasnost predstavlja rekord u kategoriji halkogenidnih solarnih ćelija sa širokim energetskim procepom u opsegu od 1,65 do 1,75eV, naročito kada je reč o sistemima bez indijuma.
Performanse ove solarne ćelije nezavisno je potvrdio tim za kalibraciju i merenje u okviru Renewable Energy Advanced Research Center pri AIST-u.
Novi rezultat nadovezuje se na ranija istraživanja iz 2024. godine, uz unapređenje konstrukcije uvođenjem aluminijuma u zadnju zonu CuGaSe2 sloja. Ova modifikacija formira polje u zadnjoj zoni koje poboljšava prikupljanje nosilaca naelektrisanja, povećava napon otvorenog kola i ukupnu efikasnost sistema.
Tehnološki proces izrade zasniva se na precizno kontrolisanom trofaznom postupku rasta apsorpcionog sloja. Tokom prve faze uvode se aluminijum i rubidijum-fluorid, dok se u završnoj fazi dodaje dodatna količina RbF kako bi se napon još unapredio bez kompromisa po pitanju efikasnosti.
Sama struktura solarne ćelije formirana je na podlozi od soda-krečnog stakla sa molibdenskim zadnjim kontaktom. Iznad njega nalazi se apsorber bez indijuma, zatim tampon sloj od kadmijum-sulfida debljine 150nm, prozor-sloj od cink-oksida i na kraju metalna mrežasta elektroda. Ovakva višeslojna konfiguracija optimizuje transport i prikupljanje nosilaca, čime se dodatno unapređuje rad ćelije.
Istraživački tim ističe da je fokus trenutno na fundamentalnom razvoju tehnologije, pre svega u kontekstu primene u tandem solarnim ćelijama, gde bi CuGaSe2 mogao da posluži kao gornji sloj. Za potpunu komercijalizaciju biće neophodno razviti kompatibilnu donju ćeliju i integrisanu tandem tehnologiju, dok ekonomske analize još nisu sprovedene, s obzirom na ranu fazu istraživanja.
Ovaj rezultat, ipak, jasno ukazuje na pravac razvoja budućih fotonaponskih sistema - ka većoj efikasnosti, smanjenju zavisnosti od kritičnih sirovina i održivijim energetskim rešenjima.
