经济环保型CIGSSe太阳能电池

韩国研究人员在空气环境中使用水性喷雾沉积技术实现了高功率转换效率

与昂贵的真空制造方法相比，溶液处理铜铟镓硫二硒化物（CIGSSe）太阳能电池的功率转换效率（PCE）明显较低。此外，基于溶液的方法依赖于溶剂，而溶剂是有害的。

为此，韩国仁川国立大学的研究人员开发了一种具有成本效益的环保制造技术，该技术在空气环境中使用水性喷雾沉积，不需要真空。这种新方法产生的PCE相对较高，超过17%。

清洁、可持续的能源解决方案对于满足人口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望候选者。

在这方面，溶液处理的CIGSSe太阳能电池因其优异的光伏性能，例如对可见光的高吸收、稳定性和可调带隙，已经引起了人们极大的兴趣。然而，大规模的实际应用受到了双重挑战的限制。

首先，基于溶液的CIGSSe制造产生的功率转换效率非常低，并且通常使用不环保的溶剂。其次，为了实现更高的功率转换效率，制造方法依赖于昂贵的真空环境，这会导致大量的材料损失。

为此，由韩国仁川国立大学全球碳中和能源研究中心JunHo Kim领导的一个研究小组开发了一种低成本和环保的高效CIGSSe太阳能电池制造方法。

在一项研究中“高效水溶液喷涂CIGSSe太阳能电池：Zr4+合金In2S3缓冲液和K合金CIGSSe吸收剂的影响”发表在《先进功能材料》（2022年）第32卷第46期上，研究人员在空气环境中使用水性喷雾沉积，并开发了一种功率转换效率（PCE）大于17%的CIGSSe太阳能电池。

“对于喷雾溶液，我们使用了去离子水，这是迄今为止最环保且最便宜的溶剂，”Kim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液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，这是一种无镉、环保的替代品。

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，研究小组发现锆的合金化增加了缓冲液中的电子浓度。此外，该方法“钝化”或降低了CIGSSe吸收体中的缺陷状态，优化了各种界面之间的电荷转移，从而增强了PCE。此外，研究人员通过将CIGSSe吸收体与钾合金化，实现了更多的缺陷钝化和更高的PCE，超过了17%。所制造的电池具有最佳带隙，适用于高效应用，例如底部电池或串联电池。

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所观察到的那样，“我们在空气环境中进行喷雾沉积，而不使用任何高真空设施，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辆集成光伏设备中的应用，并作为物联网设备的能量来源。