Nytt världsrekord för CIGS-solceller

2024-02-29 Slussen Building Services

https://slussen.azureedge.net/image/353/marika.jpgUppsala universitet har det nya världsrekordet när det gäller hur mycket elektrisk effekt man kan utvinna ur CIGS-solceller. Det nya världsrekordet är på 23,64 procent. Mätningen har gjorts av ett oberoende mätinstitut och resultaten publiceras i tidskriften Nature Energy.

Resultatet bygger på ett samarbete mellan solcellsföretaget First Solars europeiska del i Uppsala (tidigare företaget Evolar) och solcellsforskare vid Uppsala universitet.

– De mätningar som vi själva gjort på den här solcellen och andra solceller gjorda i närtid är inom felmarginalen för den oberoende mätningen. Mätningen kommer också att användas för en intern kalibrering av våra egna mätmetoder, säger Marika Edoff, professor i solcellsteknik vid Uppsala universitet och ansvarig för studien.

Det förra världsrekordet var på 23,35 procent (Solar Frontier i Japan) och det innan på 22,9 procent (ZSW i Tyskland). Uppsala universitet har även tidigare haft rekordet, första gången på 1990-talet i forskningssamarbetet Euro-CIS.

– Vi hade också ett rekord för en seriekopplad prototyp under en period. Även om det var ett bra tag sedan vi hade cellrekordet har vi ofta legat precis bakom de bästa resultaten och självklart finns det fler aspekter som spelar roll, till exempel möjlighet att skala upp till storskalig process, där vi alltid legat i framkant, säger Marika Edoff.

Solceller ökar fort i världen och solkraften bidrog, enligt International Energy Agency, (2022) med drygt sex procent av världens el. De bästa solcellsmodulerna av kristallint kisel, som är det mest använda solcellsmaterialet, omvandlar idag mer än 22 procent av solljuset till elektrisk effekt och dagens solceller är både billiga och långtidsstabila.

Ett branschmål inom solcellsforskningen är att kunna komma upp i över 30 procent verkningsgrad till rimliga produktionskostnader. Ett stort fokus är på tandemsolceller är mer effektiva, men som hittills har varit för dyra för storskalig användning.

Världsrekordet 23,64 procent är mätt av det oberoende mätinstitutet Fraunhofer ISE i Tyskland. I den vetenskapliga artikeln görs en noggrann materialanalys och en elektrisk analys av solcellen och även en jämförelse med tidigare rekord med samma typ av solceller från andra forskningsinstitutioner.

En solcells viktigaste egenskaper är förmågan att absorbera ljus och att avge sin energi till en elektrisk last. För att detta ska lyckas måste materialet kunna absorbera en optimal del av solljuset och samtidigt undvika att omvandla energi till värme i själva solcellen som därmed går till spillo.

CIGS-solceller består av en glasskiva av vanligt fönsterglas, som har belagts med flera olika skikt, varje skikt med sin specifika uppgift. Det material som absorberar solljuset består av koppar, indium, gallium och selen (därav akronymen CIGS), med tillsats av silver och natrium. Detta skikt befinner sig i själva solcellen mellan en metallisk bakkontakt av molybden och en transparent framkontakt. För att solcellen ska bli så effektiv som möjligt i att separera elektronerna så ytbehandlas CIGS-skiktet med rubidium-fluorid. Balansen mellan de två alkali-metallerna, natrium och rubidium, samt sammansättningen på CIGS-skiktet är centrala för verkningsgraden, det vill säga hur stor andel av solljusets hela spektrum, som omvandlas till elektrisk effekt i solcellen.

När mätinstituten genomför testerna, mäter de solcellens verkningsgrad med filtrerat ljus, som i både intensitet och spektrum härmar solen. Vid mätningen hålls solcellen vid en kontrollerad temperatur och mätinstituten skickar regelbundet kalibreringssolceller mellan sig. För att registreras som världsrekord ska en oberoende mätning ha utförts, vilket i det här fallet gjorts av mätinstitutet Fraunhofer ISE.

– Vi visar i vår studie att CIGS-tunnfilmsteknik är ett konkurrenskraftigt alternativ som ensam solcell. Tekniken har också egenskaper som kan fungera i andra sammanhang till exempel som bottencell i en tandemsolcell, säger Marika Edoff.

För att ytterligare förstå sambandet mellan verkningsgraden och solcellens uppbyggnad har också ett flertal avancerade mätmetoder använts. Material från solcellen har analyserats med nano-XRF (X-ray fluorescence spectroscopy) på MAX IV i Lund, där en noggrann sammansättningsanalys har gjorts. Transmissionselektronmikroskopi (TEM) har använts för att studera högupplösta tvärsnitt av solcellen, både sammansättning som funktion av djup och hur kristallkornen är uppbyggda, samt hur gränsytornas struktur ser ut. Med fotoluminescens har man analyserat hur väl solcellen internt tar hand om elektronerna genom att mäta det spektrum som solcellen själv avger om den belyses med en laser. En solcell som lyser starkt, har en lägre andel värmeförluster än en som lyser svagt. Man har även använt elektriska mätmetoder för att karakterisera dopningen av CIGS-materialet.

– Att vi nu har världsrekordet betyder mycket för både Uppsala universitet och First Solar European Technology Center. För CIGS-tekniken innebär också världsrekordet för en teknik, som är känd för sin höga stabilitet, ett alternativ för nya tillämpningar, till exempel i tandemsolceller. Det är viktigt för våra forskarkollegor runt om i världen. Vår förhoppning är att analysen av materialet och de elektriska egenskaperna kan utgöra basen för ytterligare förbättringar av prestanda, säger Marika Edoff.

Källa: Uppsala universitet


 Dela     Tillbaka  

De nominerade - del IV

2024-04-16

Den 25 april presenteras vinnaren av Stora Inneklimatpriset på Nordbygg och vi presenterar nu den fjärde och sista i raden av de nominerade som är Bevent Rasch/4 Safe Air AB som utvecklat konceptet Visable Air System, VAS.


Ventilation Produktnytt & kataloger Nordbygg

Vinnarna av Solenergipriset 2024

2024-04-15

Solceller på vatten, vertikal solpark och ny monteringsmetod juryns favoriter.


El Solvärme & solenergi

De nominerade - del III

2024-04-12

Prisutdelningen av prestigefyllda och traditionstyngda Stora Inneklimatpriset närmar sig med stormsteg och vi har fått veta mer om ytterligare en av de nominerade, Locum och systemet Census Eye.


Ventilation Produktnytt & kataloger

Gamla ledningar och nya vitvaror största bovarna

2024-04-12

Gamla ledningar och nya vitvaror innebär störst risk för vattenskador. Och svenska folket behöver förbereda sig bättre för kalla vintrar för att undvika frysskador. Det visar Vattenskaderapporten 2023.


Sanitet (Fastighets VA) Utbildning & FoU

HeatQuantum Tour landade i Arlanda stad

2024-04-09

Slussen.biz fanns på plats för att få veta mer om CO2-värmepumpen HeatQuantum när leverantören Advansors turné fanns på plats i Arlanda stad.


Värme Kyla Energieffektivisering Produktnytt & kataloger

Uppsala Vatten vinner PFAS-mål i domstol

2024-04-09

Försvarsmakten ansvarar för PFAS-föroreningarna i Uppsalas vatten. Det står klart sedan Mark- och miljööverdomstolen i dag meddelat sin dom.


Vatten & avlopp (yttre VA) Brand & säkerhet

Kommunernas energi- och klimatrådgiving gör nytta

2024-04-08

Den kommunala energi- och klimatrådgivningen leder till ökad kunskap hos svenska hushåll, och bidrar också till insatser som ger minskad energianvändning. Det visar en nyligen genomförd utvärdering som Energimyndigheten beställt.


Allmän Energieffektivisering Utbildning & FoU

Nej för solcellspark på åkermark i Skåne

2024-04-08

Mark- och miljööverdomstolen fastställer Länsstyrelsen i Skånes läns beslut att förbjuda nyanläggning av solceller på en åkermark i Helsingborgs kommun.


El Solvärme & solenergi

De nominerade - del II

2024-04-05

I den andra delen av artikelserien om de nominerade till Stora Inneklimatpriset presentar vi stolt Simap som är nominerade för värmekontrollsystemet OptiControl.


Värme Produktnytt & kataloger Nordbygg

Misstänkt storfusk i installationsbranschen

2024-04-05

Region Skåne har gjort en extern granskning av fakturor för arbete inom byggentreprenad och fastighetsdrift. Granskningen visar att Bravida Sverige AB har överfakturerat och Region Skåne häver nu ramavtalen med företaget.


Allmän Arbetsmarknad