Новая технология производства тонкоплёночных фотоэлектрических преобразователей позволила почти закрыть разрыв в КПД между такими батареями и массивными жёсткими элементами на базе мультикристаллического кремния.

Умельцы из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии (EMPA) показали солнечные батареи на тонкой полимерной плёнке с КПД в 18,7% (на фото под заголовком) и на стальной фольге — в 17,7%. В обоих классах — это рекорды, независимо проверенные сторонним институтом.

В роли чувствительного материала выступил хорошо известный селенид меди-индия-галлия (CIGS), не раз применявшийся как в гибких солнечных батареях, так и в жёстких ячейках с подложкой из стекла.

Увы, в случае гибкой подложки эффективность такого состава обычно невысока. Связано это с особенностями процесса производства: полимер не выдерживает высокую температуру и потому ключевые ингредиенты батареи приходится испарять и осаждать на подложке при 450 °C вместо 600 с лишним (как в случае со стеклянной основой). Но в низкотемпературном режиме нужные соединения и их промежуточные фазы переносятся на подложку слишком неравномерно, разные элементы начинают с разной скоростью просачиваться вниз, а в результате — плохо взаимодействуют между собой.

Швейцарцы разработали модификацию процесса испарения и осаждения, при которой достигается очень точный контроль за поведением галлия и индия и распределением всех нужных элементов по слоям. В итоге получилась батарея, в которой хорошо шли производство и сбор зарядов и были малы их потери на рекомбинацию. Так тонкоплёночные ячейки почти догнали в производительности массовые кремниевые панели.

Для сравнения, работавшие над той же самой задачей японцы три года назад добились КПД тонкоплёночных CIGS-батарей в 17,7% с керамической подложкой, 17,4% — на титановой фольге и «всего» в 14,7% — на тонкой полимерной плёнке.

При массовом производстве солнечные батареи такого типа будут заметно дешевле традиционных кремниевых. Это связано не столько с материалами, сколько с низким их расходом на квадратный метр готовой панели, с низкой массой подложки и с тем, что тонкоплёночные солнечные элементы можно быстро производить по рулонной технологии.

Серийным выпуском ячеек нового типа займётся стартап Flisom — компания, специализирующаяся на гибких солнечных батареях, которая сотрудничает с EMPA и другими швейцарскими лабораториями и институтами.

Подробности достижения можно найти в статье:

Adrian Chirilă, Stephan Buecheler, Fabian Pianezzi, Patrick Bloesch, Christina Gretener, Alexander R. Uhl, Carolin Fella, Lukas Kranz, Julian Perrenoud, Sieghard Seyrling, Rajneesh Verma, Shiro Nishiwaki, Yaroslav E. Romanyuk, Gerhard Bilger & Ayodhya N. Tiwari Highly efficient Cu(In,Ga)Se2 solar cells grown on flexible polymer films. – Nature Materials. – Nature Materials. – 2011. – doi:10.1038/nmat3122; Published online 18 September 2011.