铜铟镓硒（CIGS）电池的新世界纪录

乌普萨拉大学（Uppsala University）是铜铟太阳能电池发电的新世界纪录保持者，新纪录效率是23.64%。该测量结果由一个独立机构进行，结果发表在《Nature Energy》杂志上。

该记录是First Solar欧洲技术中心（前身为Evolar）公司与乌普萨拉大学太阳能电池研究人员合作的结果。

“我们自己对这种太阳能电池和最近生产的其他太阳能电池进行的测量在独立测量的误差范围内。该测量也将用于我们自己的测量方法的内部校准，”负责该研究的乌普萨拉大学太阳能电池技术教授Marika Edoff说。

之前的世界纪录是23.35%（日本Solar Frontier），再之前是22.9%（ZSW，德国）。乌普萨拉大学以前曾保持过这一记录，第一次是在 1990 年代的欧洲-独联体研究合作中。

“我们曾一度保持着串联原型的记录。尽管我们保持器件记录已经有很长一段时间了，但我们经常落后于最佳结果，当然还有许多相关方面需要考虑，例如扩大到大规模工艺的潜力，我们一直处于最前沿，”Marika Edoff教授强调说。

根据国际能源署 （IEA） 的数据，太阳能电池在全球范围内迅速增长，2022年太阳能发电量仅占全球电力的 6% 以上。晶体硅是太阳能电池中使用最广泛的材料，目前最好的太阳能组件将超过22%的太阳光转化为电能，现代太阳能电池既低成本又长期稳定。

太阳能电池研究的一个目标是以合理的生产成本达到30%以上的效率。人们经常关注叠层太阳能电池，因为其太阳能电池转换效率更高，但到目前为止，它们对于大规模使用来说成本太高。

23.64%的世界纪录是由德国独立研究所Fraunhofer ISE测得的，这篇学术论文对太阳能电池进行了全面的材料和电气分析，并与其他研究机构对相同类型太阳能电池的先前记录进行了比较。

太阳能电池最重要的特性是吸收光的能力和将能量传输到电力负载的能力。为了取得成功，材料必须能够吸收最佳部分的阳光，同时避免通过将其转化为太阳能电池内的热量来浪费这种能量。

CIGS太阳能电池由一块由普通窗户玻璃制成的玻璃板组成，该玻璃板涂有几个不同的层，每个层都有特定的任务。吸收阳光的材料由铜、铟、镓和硒化物（因此首字母缩写为 CIGS）组成，并添加了银和钠。该层放置在实际的太阳能电池中，位于金属钼的背面电极和透明的前电极之间。为了使太阳能电池尽可能有效地分离电子，CIGS层用氟化铷处理。钠和铷这两种碱金属之间的平衡以及CIGS层的组成是转换效率的关键，即在太阳能电池中转换为电能的完整太阳光谱的份额。

当测量机构进行测试时，他们使用在强度和光谱上模仿太阳的过滤光来测量太阳能电池的效率。在测量过程中，太阳能电池保持在受控温度下，独立机构定期相互发送校准太阳能电池。要注册为世界纪录，需要进行独立测量，在这种情况下，该测量由测量机构Fraunhofer ISE进行。

“我们的研究表明，CIGS薄膜技术是作为独立太阳能电池的竞争性替代方案。该技术还具有可以在其它情况下发挥作用的特性，例如叠层太阳能电池的底部电池，”Marika Edoff教授说。

已经使用了几种先进的测量方法来进一步了解效率与太阳能电池结构之间的相关性：来自太阳能电池的材料已在隆德的MAX IV设施中通过纳米XRF（X射线荧光光谱）进行了表征，并进行了仔细的成分分析。高分辨率的透射电子显微镜（TEM）已被用于研究太阳能电池的横截面，包括作为深度函数的组成和晶体颗粒的构建方式，以及层之间的界面。使用光致发光，已经研究了太阳能电池在激光激发后发出的光的光谱，以了解太阳能电池在内部处理电子的程度。与微弱发光的太阳能电池相比，明亮的太阳能电池的内部热损失份额较低。最后，电学测量方法被用于分析CIGS材料的掺杂。

“我们现在保持着世界纪录，这对乌普萨拉大学和First Solar欧洲技术中心来说意义重大。对于以高可靠性著称的CIGS技术来说，世界纪录也意味着它可能为串联太阳能电池等新应用提供可行的替代方案。这对我们在世界各地的研究同事来说很重要。我们希望对材料和电性能的分析将为进一步提高性能提供基础，”Marika Edoff教授总结道。

文章标题：High-concentration silver alloying and steep back-contact gallium grading enabling copper indium gallium selenide solar cell with 23.6% efficiency。Nature Energy，2024;DOI：10.1038/s41560-024-01472-3

（消息来源：www.sciencedaily.com）