高效黄铜矿太阳能电池的经济环保制造

清洁、可持续的能源解决方案对于满足人类不断增长的能源需求至关重要。高效太阳能电池是减少碳排放和实现碳中和的有前途的候选者。在这方面，溶液处理的铜铟镓硫二硒化物太阳能电池(CIGSSe)太阳能电池由于其优异的光伏特性，如可见光的高吸收、稳定性和可调带隙，引起了人们的极大兴趣。

然而，大规模的实际应用受到双重挑战的限制。首先，基于溶液的CIGSSe制造产生非常低的功率转换效率，并且经常使用不环保的溶剂。其次，为了实现更高的功率转换效率，制造方法依赖昂贵的真空环境，导致大量材料损失。

为此，由韩国仁川国立大学碳中和全球能源研究中心的JunHoKim教授领导的一组研究人员开发了一种低成本、环保的高效CIGSSe太阳能电池制造方法。

在AdvancedFunctionalMaterials发表的一项研究中，研究人员在空气环境中使用水喷雾沉积，开发出功率转换效率(PCE)大于17%的CIGSSe太阳能电池。

“对于喷雾溶液，我们使用去离子水，这是迄今为止最环保且最便宜的溶剂，”金教授解释道。此外，传统的基于溶液的制造工艺依赖于对环境有害的镉基缓冲剂来优化薄膜太阳能电池。在这项新技术中，研究人员使用了基于硫化铟的缓冲液，这是一种不含镉的环保替代品。

研究人员进一步研究了锆对硫化铟缓冲液的合金化作用。值得注意的是，该团队发现锆合金化增加了缓冲液中的电子浓度。此外，这种方法“钝化”或减少了CIGSSe吸收体中的缺陷态，优化了各种界面之间的电荷转移，从而提高了PCE。

此外，研究人员通过将CIGSSe吸收剂与钾合金化，实现了更多的缺陷钝化和更高的PCE，超过17%。制造的电池具有最佳带隙，适用于底部电池或串联电池等高效应用。

这种新技术具有成本效益且易于扩展，因为它不需要真空环境。正如Kim教授所观察到的，“我们在空气环境中进行了喷雾沉积，没有使用任何高真空设备，这大大降低了制造成本，从而使制造技术在工业领域更加实用和具有竞争力。”

这一发展同时提高了CIGSSe太阳能电池的性能和制造。这将彻底改变这些电池在集成光伏设备和车载集成光伏设备以及作为物联网设备能源的应用。