Jener Klimawandel, heute eines welcher größten globalen Probleme, hat klar gemacht, dass fossile Brennstoffe unserer Umwelt schaden und nicht nachhaltig sind. Es ist zwingend erforderlich, saubere Energiequellen einzusetzen, und Solarzellen sind an dieser Schlachtfeld ein beliebter Kandidat. Obwohl die Nützlichkeit ein Hauptanliegen von Solarzellen ist, nach sich ziehen sich die Forscher gleichermaßen aufwärts die Erfindung von Solarzellen konzentriert, die leichtgewichtig, kostengünstig und flexibel sind. Jener Herstellungsprozess selbst hat jedoch ein ernsthaftes Umweltproblem aufgeworfen: die Verwendung giftiger Materialien und die Erzeugung von Industrieabfällen.
Etwa ist Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGSe) eine Dünnschicht-Solarzelle, die im Gegensatz zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen mehrere Vorteile bietet. Dünnschicht-Solarzellen sind etwa 100-mal dünner, billiger in welcher Herstellung und einfacher aufwärts Dächern und Fahrzeugen zu installieren. Darüber hinaus absorbiert CIGSe im Vergleich zu anderen photovoltaischen Materialien, die in Dünnschicht-Solarzellen verwendet werden, wie amorphes Silizium, Cadmium-Tellurid und organische Materialien, Licht stärker und kann zu dünneren Filmen verarbeitet werden. Sie enthalten jedoch eine Pufferschicht aus Cadmiumsulfid, dasjenige hochgiftig und krebserregend ist. Von dort ist die Suche nachdem alternativen, ungiftigen Materialien zu Händen die großtechnische Produktion und Installation von CIGSe-Modulen unerlässlich.
Für jedes die Professoren Jakapan Chantana und Takashi Minemoto von welcher Ritsumeikan University, Nippon, war die Entfernung von Cadmium aus Solarzellen ebenso wichtig wie die Erfindung eines umweltfreundlichen Herstellungsverfahrens, dasjenige sowohl effizient wie gleichermaßen erschwinglich ist. Um sie Probleme in einer neuen Studie anzugehen, entwickelte ein von ihnen geleitetes Forschungsteam eine Strategie, nebst welcher die traditionelle Cadmiumsulfid-Pufferschicht durch eine native Pufferschicht ersetzt wurde, die durch Oxidation welcher Oberfläche des Cu(In,Ga)(Sulfur,Se) zivilisiert wurde. 2 CIGSSe-Schicht mit einem Air-Annealing-Prozess. Die Studie wurde am 26. März 2022 in welcher Fachzeitschrift Solar RRL veröffentlicht.
Obwohl schon Versuche unternommen wurden, die CIGSSe-Schicht zu oxidieren, dauert es normalerweise Monate, solange bis die Oberfläche oxidiert ist. Mit welcher neuen Methode reduzierte dasjenige Team jedoch die Oxidationszeit aufwärts wenige Zahlungsfrist aufschieben, welches eine schnellere Herstellung durch verschmelzen „Rolle-zu-Rolle“-Prozess ermöglicht. Hiermit wird zunächst eine CIGSSe-Schicht aufwärts einem flexiblen Edelstahlsubstrat menschenleer. Jener Abscheidung folgt dann ein Lufttemperprozess, nebst dem die Oberfläche welcher CIGSSe-Schicht oxidiert wird, um native Pufferschichten aus Inx(O,Sulfur)y zu darstellen. Durch Experimentieren mit verschiedenen Oxidationsbedingungen stellten die Forscher eine CIGSSe-Solarzelle mit einem maximalen Energieumwandlungswirkungsgrad von 16,7 % nachdem 6 Zahlungsfrist aufschieben Oxidation nebst 130 °Kohlenstoff her.
„Wir nach sich ziehen zum ersten Mal offenbart, dass die CIGSSe-Oberfläche, die durch verschmelzen optimierten Luftglühprozess oxidiert wurde, zu einer starken Steigerung welcher Energieumwandlungseffizienz führt“, sagt Prof. Minemoto.
Obwohl welcher angegebene Wirkungsgrad niedriger ist wie welcher herkömmlicher Solarzellen (die typischerweise weiterführend 20 %) liegen, schafft es dasjenige entwickelte Verfahren, aufwärts Cadmium zu verzichten, wodurch die Solarzellen umweltfreundlich werden. „Beim konventionellen Verfahren wird Cadmium aufwärts welcher CIGSSe-Schicht weiterführend ein chemisches Badabscheidungsverfahren menschenleer. Durch den Wegfall dieses Schrittes nach sich ziehen wir verschmelzen vollwertig trockenen Herstellungsprozess geschaffen, welcher weniger Schmutz erzeugt“, erklärt Prof. Chantana. Darüber hinaus ist dasjenige Verfahren gleichermaßen kostengünstig.
Um Solarenergie zu einer praktikablen Quelle sauberer Schwung zu zeugen, sollen Solarmodule effizienter, sparsamer und umweltfreundlicher werden. „Die in unserer Studie entwickelte Methode kann aufwärts großtechnische Produktionsanwendungen skaliert werden, welches wir erfordern, um Solarzellen nicht nur in Nippon, sondern aufwärts welcher ganzen Welt zu einer sauberen Energiequelle zu zeugen“, schließt Prof. Minemoto.
Wir wünschen sehr, dass die von den Forschern geteilte Vision bevorstehend Wirklichkeit wird!
Forschungsbericht:Entwicklung eines nativen Inx(O,Sulfur)y-Puffers durch Oberflächenoxidation eines Cu(In,Ga)(Sulfur,Se)2-Absorbers zu Händen eine signifikant verbesserte Umwandlungseffizienz einer flexiblen und Cd-freien Solarzelle durch verschmelzen reinen Trockenprozess
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Ritsumeikan-Universität
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