Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Gök Gürültülü

Silikon heterojonksiyonlu güneş pillerinin performansını artırmak için yeni bir strateji

03.04.2021
78
Silikon heterojonksiyonlu güneş pillerinin performansını artırmak için yeni bir strateji

Kristal silikon (c-Si) güneş pilleri, piyasadaki en umut verici güneş teknolojileri arasındadır. Bu güneş pilleri, neredeyse optimum bant aralığı, yüksek verimlilik ve kararlılık dahil olmak üzere çok sayıda avantajlı özelliğe sahiptir. Özellikle, yaygın olarak bulunan ve elde edilmesi kolay ham maddeler kullanılarak da imal edilebilirler.

Son yıllarda, birçok şirket ve mühendis araştırma çabalarını özellikle Si heterojonksiyon (SHJ) güneş pilleri üzerinde yoğunlaştırdı. Kristalin silikon yüzeyler üzerinde biriken amorf silikon katmanlardan oluşan bu güneş pillerinin, dikkate değer güç dönüştürme verimlilikleri (PCE) sağladığı bulunmuştur.

c-Si / a-Si: Bir SHJ güneş pilinin H arayüz yapısı özellikleri. a, SHJ güneş pilinin enine kesit şematik görüntüsü. b, % 24,85 dönüşüm verimliliği ile SHJ hücresinin akım-gerilim (IV) eğrisi ve güç-gerilim (PV) eğrisi. c ve d, c-Si / a-Si: H arayüzünün HRTEM görüntüleri, sırasıyla hafif normal epitaksiyel tabakayı ve kusurlu epitaksiyel yapıları gösteren oryantasyondan görüntülendi. e ve f, sırasıyla ücretsiz nanotwin ve gömülü nanotwin olmak üzere iki tür kusurun Atomik çözünürlüklü HAADF-STEM görüntüleri. g ve h, Sırasıyla 1e ve 1f’deki yeşil kesikli dikdörtgen alanlardan türetilen geometrik atomik yapı modelleri. Kredi: Qu ve ark.

Pekin Teknoloji Üniversitesi, Hanergy Chengdu Araştırma ve Geliştirme Merkezi ve Çin’deki Jiangsu Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, kısa süre önce, yüksek verimli SHJ güneş pillerinde c-Si / a-Si: H arayüzünün yapısını yakından incelemeyi amaçlayan bir çalışma gerçekleştirdiler. .  Mühendislere c-Si / a-Si: H arabirimi üzerinde daha fazla kontrol sağlayarak SHJ güneş pillerinin performansını daha da artırmaya yardımcı olabilecek değerli bilgiler sunar.

“Sürekli üretim iyileştirmeleriyle Kaneka, % 24,5 PCE (toplam alan, 239 cm2) ve % 25.1 PCE (açıklık alanı, 151.9 cm2), “Çalışmayı yürüten araştırmacılardan biri olan Yongzhe Zhang, ” Ancak, tek bağlantılı SHJ güneş pillerinin daha fazla verimlilik artışı, son üç yılda durmuş gibi görünüyor. Bu nedenle, darboğazları çözmek ve daha yüksek SHJ güneş pili PCE’leri elde etmek için yeni atılımlar keşfetmemiz acildir. ”

SHJ güneş pillerinde c-Si ve a-Si: H arasındaki arayüz, hücrelerin yüksek bir PCE elde etmesini sağlamada kilit öneme sahiptir. Bu hücrelerin PCE’sini iyileştirebilecek stratejileri belirlemek için birçok araştırmacı, transmisyon elektron mikroskobu (TEM) olarak bilinen bir teknik kullanarak c-Si / a-Si: H arayüzünü yakından inceledi. Bununla birlikte, bu incelemeler genellikle geleneksel TEM tekniklerinin zayıf uzaysal çözünürlüğü veya yüksek çözünürlüklü TEM (HRTEM) görüntülemenin arayüz numunelerinin kalınlığına duyarlılığı ile sınırlıydı.

Bu sınırlamalar nedeniyle, şimdiye kadar, TEM tabanlı çalışmalar yalnızca SHJ hücrelerinin epitaksiyel katmanının kalınlığı veya aniliği hakkında bilgi toplayabildi. Atom ölçeğinde c-Si / a-Si: H arayüzünün yapısal özellikleri henüz tanımlanmamıştır.

SHJ hücrelerinin verimliliğini daha da artırmak için, araştırmacıların c-Si / a-Si: H arayüzünü derinlemesine incelemeleri ve atom ölçeğinde kontrol etme stratejilerini belirlemeleri gerekir. Zhang ve meslektaşları, yaptıkları çalışmada c-Si / a-Si: H arayüzlerinin atomik ve elektronik yapısını temsil etmek için HRTEM görüntüleme tekniklerini ve teoriye dayalı simülasyonları kullandılar. Küresel sapma düzeltmeli transmisyon elektron mikroskobu (C) olarak bilinen alternatif bir TEM tekniği kullanarak yüksek verimli SHJ güneş pillerinde c-Si / a-Si: H arayüzünün atomik yapısını incelediler.Sdüzeltilmiş TEM).

Zhang, “HR- (S) TEM görüntülerini doğru bir şekilde yorumlamak için en iyi atomik kontrastı elde etmek için, SHJ güneş hücrelerinin kesitsel örneklerini dikkatlice hazırlamak için odaklanmış iyon ışını (FIB) ve nanomill adlı iki teknik kullandık” dedi. “C-Si / a-si: H arayüz yapılarının teorik değerlendirmesi de bu çalışmada çok önemliydi çünkü HRTEM görüntüleri ile cihaz performansı arasında fiziksel bir bağlantı kurmamıza yardımcı oldu. ilk prensip hesaplamalarına dayalı olarak kısa bir taşıyıcı ömrü sağlayan rekombinasyon merkezi. ”

Zhang ve meslektaşları tarafından toplanan sonuçlar oldukça beklenmedik ve şaşırtıcıydı. Araştırmacılar, hücrelerin normal epitaksiyel yapısına ek olarak, c-Si ve a-Si: H arasındaki ince epitaksiyal tabakada, serbest nanotwinler ve gömülü nanotwinler olarak iki farklı formda bulunan yüksek yoğunluklu nanotwinleri gözlemlediler. Hesaplamaları ayrıca bu katmandaki gömülü nanotwin’lerin SHJ güneş pillerinin performansını bozduğunu da gösterdi.

Araştırmacılar, c-Si ve a-Si: H arasındaki ince epitaksiyal katmanda yüksek yoğunluklu nanotwinleri belirledikten ve SHJ güneş pillerinin performansını bozduklarını belirledikten sonra, kökenlerini ve zaman içinde nasıl geliştiklerini belirlemeye çalıştılar. Bunu yapmak için, HRTEM tekniklerini kullanarak hücre üretim sürecinin farklı aşamalarında c-Si / a-Si: H arayüz yapılarını incelediler.

C-Si / a-Si: H arayüz yapısının evrimini göstermek için araştırmacılar, C ile birlikte mikroelektromekanik sistemler (MEM’ler) tabanlı ısıtma sistemi kullanarak ek yerinde tavlama deneyleri gerçekleştirdiler.Sdüzeltilmiş TEM. Bulguları, nanotwinlerin ia-Si: H katmanının birikmesi sırasında çekirdeklendiğini ve sonraki tavlama sürecinde oluştuğunu ortaya çıkardı.

Zhang, “Analizimizden, ilk aşamalarda ikiz çekirdeklenmenin bastırılmasının, gömülü nanotwin’leri azaltmada kritik adım olduğu sonucuna vardık” dedi. “Böylece, ekstra ultra ince bir ia-Si: H tampon katmanı ekleyerek düşük yoğunluklu nanotwinlere sahip SHJ güneş pilleri ürettik ve bu hücreler daha iyi performans sergiledi.”

Zhang ve meslektaşları, c-Si / a-Si: H arayüzlerine gömülü nanotwinleri kısıtlama stratejilerinin SHJ güneş pillerinin PCE’sini daha da geliştirdiğini buldular. Çalışmalarının bir parçası olarak, {111} düzleminden sapmasını sağlamak için c-Si gofretinin başlangıç ​​yüzeyini değiştirmek için bu stratejiyi kullanarak bu stratejinin potansiyelini daha da araştırdılar.

Zhang, “Çalışmamızın temel amacı, endüstri ile uyumlu bir süreçle hazırlanan% 24,85’lik bir dönüşüm verimliliğine sahip yüksek verimli bir SHJ güneş pilinin gerçekleştirilmesidir” dedi. “Gömülü ikizlerin keşfi ve hücre dönüşüm verimliliğinin iyileştirilmesini engellediklerinin ortaya çıkması geleneksel anlayışı bozdu: c-Si / a-Si: H arayüzündeki sarkan bağlar, taşıyıcı arayüzünü etkileyen ana engeldir.”

Zhang ve meslektaşları tarafından yapılan çalışma, SHJ güneş pillerinin verimliliğini artırmaya yardımcı olabilecek yeni bir strateji sunuyor. Ek olarak, atom ölçeğinde yüksek verimli SHJ güneş pillerindeki c-Si / a-Si: H arayüzünün yapısı hakkında yeni bilgiler sunarak, yüksek yoğunluklu gömülü nanotwinlerin bu hücrelerin performansına zararlı olduğunu gösteriyor.

Zhang, “İlk prensip hesaplamaları kullanarak, teorik simülasyonlarımız, sanayileşmiş pasivasyon sürecinde kaçınılmaz kusur yapısı olan nano-ikizin doğasını ortaya çıkardı” dedi. “Ekstra derin gömülü nano ikiz seviyeleri göz önüne alındığında, rekombinasyon merkezleri olarak hareket ediyor ve performansı güçlü bir şekilde etkiliyor, bu nedenle ultra ince bir pasivasyon katmanı olan oluşumundan kaçınmak için stratejiler önerdik. Bu süreci takiben, yerinde TEM ölçümlerimiz Gömülü nanotwin’lerde yoğunluk azaltımı ve silikon güneş pillerinin performansını iyileştirmek için yeni bir yaklaşım sağladık. ”

Şimdiye kadar, c-Si / a-Si: H arayüzlerinin rekombinasyonu, SHJ güneş pillerinde enerji kaybının birincil nedeni olarak kabul edildi. Zhang ve meslektaşları, en yüksek performanslı güneş pillerindeki verimlilik kayıplarını araştırdılar ve cihaz performansına zarar veren yüksek yoğunluklu gömülü nanotwin’lerin tipik olarak c-Si ve a-Si: H katmanları arasındaki ince epitaksiyal tabakada oluştuğunu buldular. Ayrıca, ultra ince bir a-Si tampon katmanı eklemenin, gömülü nanotwin’lerin varlığını önemli ölçüde azalttığını ve hücrelerin verimliliğini artırdığını buldular.

Zhang, “Bulgularımız, SHJ güneş pillerinin PCE’sinin, gömülü nanotwin’ler kısıtlandığında geliştirilebileceğini gösteriyor” dedi. Aslında, çalışmamızda, gömülü nanotwin’lerin yoğunluğunu azaltarak bariz bir performans artışı elde ettik. Şimdi nanotwinleri c-Si ve a-Si: H arayüzünde evrim sürecini ayarlayarak daha da azaltmaya / ortadan kaldırmaya odaklanacağız. ”


Daha fazla bilgi:
Xianlin Qu ve diğerleri. C-Si / a-Si: H arayüzünde gömülü nanotwinlerin tanımlanması, yüksek verimli silikon heterojonksiyon güneş pillerinin performansını sınırlandırır, Doğa Enerjisi (2021). DOI: 10.1038 / s41560-020-00768-4

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.