Arsip Blog

Rekor efisiensi sel surya thin film dipegang oleh Solar Frontier (22.3%)

Rekor efisiensi sel surya thin film sekarang jatuh ke Solar Frontier, salah satu perusahaan fotovoltaik dari Jepang. Mereka berhasil mencapai efisiensi 22.3% pada sel ukuran 0.5 cm2. Sebelumnya rekor efisiensi dipegang oleh ZSW Stuttgart Germany (Stuttgart Centre for Solar Energy and Hydrogen Research) dengan efisiensi 21.7%. Mereka menggunakan Copper Indium Gallium Diselenide/Disulfide (CIGS) sebagai photoabsorber. Untuk saat ini msih belum jelas aspek apa secara detail yang mereka berhasil tingkatkan untuk mencapai efisiensi ini, namun dari situs resminya disebutkan bahwa optimasi absorber CIGS and junctionnnya yang memegang peran penting. Target jangka panjang mereka adalah efisiensi lebih dari 30% dengan teknologi CIGS.

Efisiensi adalah faktor penting dalam harga cost/watt suatu modul surya. Dengan meningkatnya efisiensi sel surya, maka cost/watt akan semakin turun, dengan catatan cost teknologi untuk memproduksi sel surya tersebut tidak berbeda jauh/tetap atau bahkan lebih murah.

 

c051173

Sel surya thin film CIS dari Solar Frontier.  Sumber: Solar Frontier

*Sumber: http://www.solar-frontier.com/eng/news/2015/C051171.html

 

2013 Material Research Society (MRS) Spring Meeting – Hari 4

Improvement of Cu2ZnSnSe4 Based Solar Cells Back Contact with an Interfacial ZnO Nanolayer: Impact on Devices Efficiency (Fairbrother, Catalonia Institute for Energy Research (IREC), Barcelona, Spain)

  • Pada pembentukan kesterite, tekanan uap dari S(Se) dan temperature tinggi dibutuhkan untuk membentuk material dengan ukuran grain yang besar. Namun biasanya menyebabkan pembentukan lapisan MoS(e) yang tebal.
  • Dengan melapiskan diffusion barrier seperti TiN bias menghambat pembentukan lapisan MoS(e) yang tebal
  • Pada penelitian ini, ZnO dengan tebal 5-20 nm dicoba dilapiskan diatas Mo
  • Sputtering dari Sn/Cu/Zn metal untuk mebentuk CZTSe
  • Adanya nanolayer dari ZnO tidak membantu pengurangan ketebalan dari MoS(e) tetapi efisiensi dari sel surya meningkat. Kemungkinan dikarenakan akumulasi Na di interface ketika ada ZnO dan pembentukan Na2SeO3
  • Efisiensi meningkat dari 2.5% tanpa ZnO menjadi 6% dengan 10 nm ZnO

 

Cu2ZnSnS4 Devices from a Reactive Sputtering and Anneal Route (Charlotte Platzer-Bjorkman, Uppsala University, Sweden)

  • Fabrikasi CZTS dilakukan dengan reactive sputtering dari Cu, Zn, dan Sn dan aliran dari H2S gas ketika deposisi
  • Hilangnya Sn dan S ketika proses pendinginan menjadi masalah
  • Kemudian mereka mencoba proses dengan dua tahap yaitu  deposisi terlebih dahulu Cu, Zn. Dan Sn precursor, kemudian annealing di tube furnace dengan Ar pressure 350 mbar dan temperature 560C dalam 3 menit
  • Dengan metoda ini efisiensi meningkat dari 4.1% menjadi 7.2%

 

Investigation of Quantum Dot Solar Cell Device Performance (NS Beattie, Northumbria University, UK)

  • Intermediate band solar cell diprediksi akan melampaui limit teoritis efisiensi sels surya single band ga yaitu 33%
  • Umumnya pad asels urya konvensional, satu photon berkontribusi terhadap satu gabungan elekron-hole, namun absorpsi dua photon bisa terjadi dengan adanya intermediate band
  • Sub band gap ini berkontribusi terhadap photocurrentxternal quantum efficiency (EQE) dengan menangkap photon sub band gap
  • Pengaplikasian quantum dot bisa meningkatkan E
  • Efisiensi 3% berhasil dicapai dengan sel surya quantum dot InAs dan GaAs p-i-n

 

Correlations between Photoluminescence and Device Performance of PbS Quantum Dot Solar Cells (Gao, NREL, USA)

  • Efisiensi tertinggi dari sel surya quantum dot sampai saat ini yaitu 7% dengan struktur sel surya ITO/ZnO nanokristal/PbS nanokristal/Au
  • Keuntungan dari sel surya quantum dot yaitu fabrikasinya menggunakan larutan dan dilakukan pada suhu dan kondisi ruang
  • Photoluminiscence yang baik pada quantum dot berbanding lurus dnegan pada sel surya
  • Struktur sel surya mereka yaitu ITO/ZnO/PbS/MoO3/metal dan efisiensiensinya 6%
  • Mereka menggunakan dip coating untuk fabrikasi lapisan quantum dot

 

PVD of thin Copper Sulfide (Cu2S) Films for Photovoltaic Applications (Siol, Technische Universität Darmstadt)

  • Sel surya dengan struktur Cu2S/CdS telah mencapai efisiensi 11%
  • Namun penelitian mengenai material ini menurun drastis akibat dari ketidak stabilan sel surya krena degradasi Cu2S dan difusi ion Cu ke CdS
  • Pada penelitian ini mereka memfabrikasi sel surya dgn struktur Au/Cu2O/Cu2S/ZnO/AZO
  • Morfologi material masih sangat buruk

 

SnS as an Earth Abundant Solar Absorber: A Coupled Theoretical and Experimental Investigation (Vidal, NREL)

  • Band gap msih belum pasti apakah direct atau indirect
  • Sn vacancy adalah penyebab doping p-type dan mempunyao energy pembentukan yang rendah pada kondisi Sulfur-rich
  • Kondisi Sn-rich sangat merugikan potensi sel surya krena memudahkan pembentukan deep defect seperti Sn antisite dan S vacancy

 

2013 Material Research Society (MRS) Spring Meeting – Hari 3

Atom probe study of Cu2ZnSnSe4 thin film solar cells prepared by Co-evaporation and post-deposition annealing (T. Schwarz, Max Planck Institute, Germany)

  • Karaterisasi dengan atom probe memungkinkan analisis elemental pada skala nano, skitar 50 nm
  • Fabrikasi CZTSe dilakukan dengan coevaporation Cu, Zn, Sn, dan Se. Temperatur substrat dijaga konstan pada 320C, dan dilanjutkan dengan selenisasi memakai tube furnace pada 500C
  • Dengan atom probe dimunngkinkan untuk mendeteksi keberadaan ZnSe dengan mapping distribusi elementalnya
  • Pada ZnSe terdeteksi juga Cu dan Sn
  • ZnSe dapat mengakibatkan tingginya aktivitas rekombinasi dan juga penghambat aliran electron
  • Terdeteksi juga segregasi Na di interface antara CZTSe/ZnSe

 

Effects of growth conditions on compositional gradients and secondary phases in CZTSe films deposited by co-evaporation (D.M. Bishop, Institute of energy conversion Delaware, USA)

  • Coevaporation dari Cu,Zn,Sn, dan Se
  • SnSe mudah hilang ketika sintesis dan setelah deposisi CZTSe berakhir
  • Pada temperature 500C, vapor pressure SnSe 4×10-4 torr
  • Pada permulaan deposisi, SnSe hilang paling mudah
  • KOmposisi Zn lebih banyak pada area mendekati back contact
  • Vapor pressure dari SnSe drop ketika bekerja pada temperature lebih rendah seperti 300C
  • Sintesis CZTSe dengan menggunakan temperature 300C terlebih dahulu kemudian 500C, ZnSe menjadi lebih terdistribusi dan efisiensi sel surya mencapai 6.4%

 

Is it possible to grow and identify thin films of phase pure kesterite semiconductor? (P.J. Dale, University of Luxembourg)

  • Divais dengan efisiensi tinggi tidak berfasa tunggal
  • ZnSe mempunyai band gap 2.7 eV dan bisa berada di permukaan, bulk, atau dekat dengan back contact
  • Pembentukan MoSe2 mempunyai energi pembentukan negative
  • Mereka mencoba juga elektrodeposisi metal dengan urutan struktur Mo/Cu/Sn/Cu/Zn dan Mo/Cu/Sn/Zn kemudian  dilakukan proses pre-annealing untuk membentuk alloy
  • Preannealing dari sampel Mo/Cu/Sn/Cu/Zn membentuk campuran alloy lapisan bilayer CuSn dan CuZn, sedangkan dari sampel Mo/Cu/Sn/Zn membentuk campuran columnar CuSn dan CuZn
  • Selenisasi pada bilayer alloy membentuk struktur Mo/Cu+Cu6Sn5/ZnSe, sedangkan pada columnar alloy membentuk Mo/ZnSe+Cu+Cu6Sn5 yang lebih terdistribusi merata
  • Sel surya dari columnar alloy mempunyai efisiensi 5.8%
  • JUmlah fraksi molar ZnSe di film berkorelasi dengan Jsc dari sel surya tapi tidak dengan Voc. Jsc semakin berkurang dengan semakin besarnya fraksi molar ZnSe
  • Raman spektroskopi dengan menggunakan laser pada blue excitation dapat mendeteksi ZnSe
  • Pada EQE, ZnSe bisa dideteksi pada region 2.6 eV dan 3.2 eV, dengan menggunakan normalized EQE
  • HCl terkonsentari bias menghilangkan ZnSe tetapi berakibat buruk terhadap sel surya
  • ZnSe menghambat aliran electron dan berfungsi sebagai filter optic

 

Microstructural characterization of high-efficiency Cu2ZnSn(S,Se)4 thin films solar cells prepared from solution precursors (Qijie Guo, Du Pont,USA)

  • Digunakan nanopartikel baik quartenary, binary, atau ternary nanopartikel sebagai precursor
  • Selenisasi dilakukan menggunakan pellet Se dalam graphite box
  • Struktur bilayer CZTSe selalu terbentuk setelah proses selenisasi

 

Semiconductor Materials for photoelectrochemical water splitting: metal oxides or non oxides (H. Wang, NREL, USA)

  • Target dari system PEC yaitu efisiensi setidaknya 10% dan ketahanan minimal 10 tahun
  • Untuk produksi hydrogen dengan kombinasi fotovoltaik untuk elektrolisis, jika efisiensi fotovoltaik 12% dengan efisiensi elektrolisis sebesar 65%, makan solar to hydrogen (STH) efisiensinya adalah 7.8%
  • Sistem PEC memungkinkan reduksi harga yang signifikan
  • Band gap untuk ideal material pada PEC yaitu 1.6 atau 1.7 eV tetapi tidak lebih dari 2.2 eV dan juga band gap levelnya harus melingkupi energy potensial reduksi dan oksidasi air
  • Metal oksida mempunyai band gap yang lebar, ada mismatch dari level band gap, dan efisiensinya rendah
  • Untuk alternative solusi mengatasi band gap mismatch, maka beberapa peneliti membuat system tandem metal oksida
  • Sebagai contoh tandem solar cell dari Gratzel, Domen, dan Lewis
  • Metal oksida mempunyai stabilitas yang tinggi
  • COntohn dari non oksida yang potentsial yaitu GaAs dan GaInP2
  • Walaupun efisiensi tandem GaAs dan GaInP2 dikombinasikan dengan PV sudah mencapai 12.4% namun stabilitasnya sangat rendah
  • Kemungkinan permukaan GaInP2 harus di lapisi agar stabil

 

Semiconductor nanowires for artificial photosynthesis (Peidong Yang, Univ. Berkeley)

  • Sistem fotosintesis buatan memungkinkan konversi dan penyimpanan energy pada waktu yang sama
  • Disain tandem mengharuskan penggunaan ohmic contact diantara photocathode dan photoanode
  • Problem utama ada di photoanode krena sampai saat ini photocurrent dan photovoltage sangat rendah

 

Engineered CuInSexS2-x quantum dots for high-efficiency solar cells (H. McDaniel, Los Alamos laboratory)

  • Quantum dot solar cell yang terefisien saat ini menggunakan PbS dan ZnO
  • Penelitian ini bertujuan menggabungkan kelebihan dari DSSC yaitu teknik produksinya yang murah dan kelebihan dari sel surya thin film yaitu efisiensinya yang tinggi
  • Struktur dari sel surya FTO/TiO2/QuantumDot/electrolyte/CuxS/FTO
  • Efisiensi sel surya lebih dari 5%

 

 

 

 

 

%d blogger menyukai ini: