CIGS zonneceltechnologie

- Feb 25, 2019-

Bron: britannica.com


CIGS solar panel 1


CIGS-zonnecel, volledig in koper indium gallium selenide zonnecel, dunnefilm fotovoltaïsch apparaat dat halfgeleiderlagen van koper-indium-galliumselenide (CIGS) gebruikt om zonlicht te absorberen en om te zetten in elektriciteit. Hoewel CIGS-zonnecellen in de beginfase van grootschalige commercialisering worden beschouwd, kunnen ze worden geproduceerd door een proces te gebruiken dat de kosten van de productie van fotovoltaïsche apparaten kan verlagen. Naarmate de prestaties, uniformiteit en betrouwbaarheid van CIGS-producten verbeteren, heeft de technologie het potentieel om zijn marktaandeel aanzienlijk uit te breiden en kan het uiteindelijk een "ontwrichtende" technologie worden. Bovendien, gezien de gevaren van cadmiumextractie en -gebruik, bieden CIGS-zonnecellen minder gezondheids- en milieukwesties dan de cadmiumtelluride zonnecellen waarmee ze concurreren.


CIGS solar cell structure


CIGS-zonnecellen zijn voorzien van een dunne laag koperindiumselenide en koper-galliumselenide en een sporenhoeveelheid natrium. Die CIGS-film werkt als een directe bandgap-halfgeleider en vormt een heterojunctie, omdat de bandgaps van de twee verschillende materialen ongelijk zijn. De dunne-filmcel wordt afgezet op een substraat, zoals natronkalkglas, metaal of een polyamidefilm, om het achteroppervlakcontact te vormen. Als een niet-geleidend materiaal wordt gekozen voor het substraat, wordt een metaal zoals molybdeen als een geleider gebruikt. Het contact van het voorste oppervlak moet in staat zijn om elektriciteit te geleiden en transparant zijn om licht de cel te laten bereiken. Materialen zoals indiumtinoxide, gedoteerd zinkoxide of, recenter, geavanceerde organische films op basis van nano-engineering koolstof worden gebruikt om dat ohmse contact te verschaffen.

CIGS solar cell

De cellen zijn zo ontworpen dat licht binnenkomt via het transparante voorste ohmse contact en wordt geabsorbeerd in de CIGS-laag. Er worden elektron-gat paren gevormd. Een "uitputtingsgebied" wordt gevormd bij de heterojunctie van de p- en n-type materialen van het met cadmium gedoteerde oppervlak van de CIGS-cel. Dat scheidt de elektronen van de gaten en laat ze een elektrische stroom genereren (zie ook zonnecel). In 2014 produceerden laboratoriumexperimenten een recordefficiëntie van 23,2 procent door een CIGS-cel met een gewijzigde oppervlaktestructuur. Commerciële CIGS-cellen hebben echter lagere efficiënties, met de meeste modules die ongeveer 14 procent conversie bereiken.


Tijdens het productieproces wordt de depositie van CIGS-films op een substraat vaak in een vacuüm uitgevoerd, met behulp van een verdampings- of een sputterproces. Koper, gallium en indium worden afwisselend afgezet en gehybridiseerd met een selenidedamp, resulterend in de uiteindelijke CIGS-structuur. Depositie kan worden gedaan zonder een vacuüm, met behulp van nanodeeltjes of galvaniseren, hoewel die technieken meer ontwikkeling vereisen om op grote schaal economisch efficiënt te zijn. Er worden nieuwe benaderingen ontwikkeld die meer op druktechnologieën lijken dan traditionele silicium-zonnecelproductie. In één proces legt een printer druppels halfgeleidende inkt op een aluminiumfolie. Een volgend drukproces legt extra lagen af en het voorste contact bovenop die laag; de folie wordt vervolgens in vellen gesneden.


CIGS-zonnecellen kunnen op flexibele substraten worden vervaardigd, waardoor ze geschikt zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen waarvoor de huidige kristallijne fotovoltaïsche cellen en andere stijve producten niet geschikt zijn. Zo geven flexibele CIGS-zonnecellen architecten meer mogelijkheden in vormgeving en design. CIGS-zonnecellen zijn ook een fractie van het gewicht van siliciumcellen en kunnen zonder glas worden vervaardigd dat ze splintervrij zijn. Ze kunnen worden geïntegreerd in voertuigen zoals trekkers, vliegtuigen en auto's, omdat hun lage profiel de luchtweerstand minimaliseert en ze geen significant gewicht toevoegen.