Japonští vědci stanovili nový světový rekord: Solární článek z mědi a galia dosáhl účinnosti 12,28 %

Vědci z japonského Národního institutu pokročilých průmyslových věd a technologií (AIST) dosáhli nového rekordu v účinnosti solárních článků na bázi selenidu mědi a galia (CuGaSe₂).

Vědci z japonského Národního institutu pokročilých průmyslových věd a technologií (AIST) dosáhli nového rekordu v účinnosti solárních článků na bázi selenidu mědi a galia (CuGaSe₂). Podařilo se jim dosáhnout účinnosti přeměny energie 12,28 %, což představuje nejvyšší hodnotu pro širokopásmové chalkogenidové solární články v rozsahu 1,65–1,75 eV, zejména pro bezindiové chalkopyritové nebo CIGS-příbuzné solární články. Tento průlom podtrhuje významný potenciál širokopásmových materiálů pro vysoce výkonné a ekologické fotovoltaické aplikace po celém světě.

Materiál CuGaSe₂ je chalkogenidový polovodič z rodiny chalkopyritů, úzce spjatý s rozšířenějšími materiály CIGS (selenid mědi, india a galia). Jeho přímá šířka zakázaného pásu, přibližně 1,68 eV, mu umožňuje efektivně absorbovat viditelné sluneční světlo a dosahovat tak vysokého výkonu při přeměně sluneční energie. Díky své toleranci vůči defektům, která pomáhá snižovat rekombinaci nosičů náboje a udržovat vysoký výkon i při nedokonalé krystalové struktuře, je CuGaSe₂ slibným kandidátem pro absorpční vrstvy solárních článků nové generace, které nevyužívají indium.

Výkon solárního článku byl nezávisle ověřen týmem pro kalibraci, standardy a měření fotovoltaiky v Centru pro pokročilý výzkum obnovitelných energií při AIST. Nové zařízení vychází z předchozího designu vyvinutého výzkumníky AIST v roce 2024 a obsahuje hliník v zadní části CuGaSe₂ vrstev. Tato úprava zlepšuje napětí naprázdno, plnicí faktor a celkovou účinnost článku vytvořením zadního povrchového pole (BSF), které zlepšuje sběr minoritních nosičů náboje a snižuje ztráty. Kromě hliníku se během třífázového procesu růstu absorpční vrstvy přidává také fluorid rubidný, který dále zvyšuje napětí naprázdno při zachování vysoké účinnosti.

Solární článek je postaven na sodnovápenatém skleněném substrátu s molybdenovým zadním kontaktem. Nad ním se nachází bezindiová chalkopyritová absorpční vrstva, následovaná 150nm pufrovací vrstvou sulfidu kademnatého, okenní vrstvou oxidu zinečnatého a kovovou mřížkovou elektrodou. Tato pečlivě navržená vrstvená struktura pomáhá maximalizovat sběr nosičů náboje a celkový výkon solárního článku. Vědci zdůraznili, že jejich práce se zaměřuje na základní výzkum a vývoj širokopásmových zařízení určených pro horní články v tandemových solárních článcích. Pro plnohodnotný prototyp by bylo zapotřebí kompatibilního spodního článku a tandemové technologie, takže výzkum zatím není připraven na masovou výrobu.