科學家創造了CIGS 太陽能電池23.64% 的新效率世界紀錄，凸顯了CIGS 技術在提高太陽能效率和可靠性方面的潛力。這項成就標誌著在尋求更有效率、更具成本效益的太陽能解決方案方面邁出了重要一步。

烏普薩拉大學在利用銅銦鎵硒太陽能電池產生電能方面創造了新的世界紀錄，效率高達23.64%。這項成就已由一家獨立機構進行了驗證，研究結果已發表在備受推崇的《自然-能源》雜誌上。

這項紀錄是First Solar 公司歐洲技術中心（前身為Evolar）與烏普薩拉大學太陽能電池研究人員合作的成果。

「我們對這種太陽能電池和最近生產的其他太陽能電池的測量結果都在獨立測量的誤差範圍之內。”這項研究的負責人、烏普薩拉大學太陽能電池技術教授瑪麗卡-埃多夫（Marika Edoff）說：「這項測量也將用於我們自己測量方法的內部校準。”

烏普薩拉大學材料科學與工程系教授兼太陽能電池技術部主任Marika Edoff。資料來源：Mikael Wallerstedt

先前的世界紀錄是23.35%（日本Solar Frontier 公司），更早一些是22.9%（德國ZSW 公司）。烏普薩拉大學曾保持過這項紀錄，第一次是在20 世紀90 年代的Euro-CIS 研究合作計畫。

「我們還一度保持著串聯原型的記錄。”Edoff 說：”儘管我們保持電池記錄已經有很長一段時間了，但我們往往只是落後於最佳結果，當然，還有許多相關方面需要考慮，例如擴展到大規模工藝的潛力，在這方面我們一直走在前面。”

太陽能電池技術在全球迅速發展，根據國際能源機構（IEA）的數據，到2022 年，太陽能發電佔全球電力的比例將略高於6%。晶體矽是太陽能電池最廣泛使用的材料，目前最好的晶體矽太陽能電池組件可將22% 以上的太陽光轉化為電能，而且現代太陽能電池成本低、長期穩定。

太陽能電池研究的一個目標是以合理的生產成本實現30% 以上的效率。人們通常關注效率更高的串聯太陽能電池，但迄今為止，這種電池的成本太高，無法大規模使用。

23.64% 的世界紀錄是由德國弗勞恩霍夫ISE 獨立研究所測得的。這篇學術論文對太陽能電池進行了全面的材料和電氣分析，並將其與其他研究機構先前的同類太陽能電池記錄進行了比較。

圖片顯示的是薄膜太陽能電池活性層的橫截面，總厚度不超過3 微米。利用隆德MAX IV 設施測量的奈米XRF，可以高精度地測量太陽能電池中基體元素和微量元素（本例為銣）的濃度。資料來源：Marika Edoff

太陽能電池最重要的特性是能夠吸收光線並將能量傳輸到電力負載。要做到這一點，材料必須能夠吸收最佳部分的陽光，同時避免在太陽能電池內將能量轉化為熱量而造成浪費。

CIGS 太陽能電池由一塊普通窗玻璃製成的玻璃片組成，玻璃片上鍍有幾層不同的塗層，每一層都有特定的功能。吸收陽光的材料由銅、銦、鎵和硒（因此縮寫為CIGS）組成，並添加了銀和鈉。這層材料被放置在太陽能電池中，位於金屬鉬背接點和透明前觸點之間。為了使太陽能電池盡可能有效率地分離電子，CIGS 層經過氟化銣處理。鈉和銣這兩種鹼金屬之間的平衡以及銅銦鎵硒層的成分是影響轉換效率的關鍵，即太陽能電池將整個太陽光譜轉換為電能的比例。

測量機構在進行測試時，會使用在強度和光譜上都與太陽相似的過濾光來測量太陽能電池的效率。在測量過程中，太陽能電池保持在受控溫度下，獨立機構定期相互發送校準太陽能電池。要登記為世界紀錄，必須進行獨立測量，在這種情況下，測量由弗勞恩霍夫ISE 測量機構進行。

“我們的研究表明，CIGS 薄膜技術是一種具有競爭力的獨立太陽能電池替代技術。該技術還具有可用於其他場合的特性，例如串聯太陽能電池的底部電池，”Edoff 說。

為了進一步了解效率與太陽能電池結構之間的相關性，我們採用了幾種先進的測量方法：在隆德的MAX IV 設備上透過奈米XRF（X 射線螢光光譜）對太陽能電池的材料進行了表徵，並在此基礎上進行了細緻的成分分析。高解析度的透射電子顯微鏡（TEM）用於研究太陽能電池的橫截面，包括成分與深度的函數關係、晶粒如何形成以及各層之間的界面。透過光致發光，研究了太陽能電池在雷射激發後發出的光的光譜，以了解太陽能電池對內部電子的處理。與發光微弱的太陽能電池相比，發光明亮的太陽能電池內部熱量損失較少。最後，也利用電學測量方法分析了銅銦鎵硒材料的摻雜情況。

“我們現在保持著世界紀錄，這對烏普薩拉大學和First Solar 歐洲技術中心來說都意義重大。對於以高可靠性著稱的銅銦鎵硒技術來說，創下世界紀錄也意味著它可以為串聯太陽能電池等新應用提供可行的替代方案。這對我們在世界各地的研究同事來說非常重要。我們希望對材料和電氣性能的分析將為進一步提高性能奠定基礎，」Edoff 總結道。

編譯自: ScitechDaily