Hi transparent solar cell:発電効率1000倍に!
l’efficacité de la production d’énergie est 1000 fois!
Die Effizienz der Stromerzeugung wird das 1000-fache!
Power gen efficiency is 1000 times!
發電效率提升1000倍！
ー可視光の80％を通すー
ー1㎠の太陽電池で、420pW発電に成功ー
東北大学：
2022年7月12日、
研究グループが、「可視光の80％を通す透明に近い太陽電池」を開発した。
新型の高透明太陽電池：
高透明太陽電池は、さまざまな場所に設置できる。
「その存在を無視でき、環境に調和するクリーンエネルギー」として注目されている。
既存の透明太陽電池：
一方で、既存の透明太陽電池は、「可視光透過率が60％以下に留まるもの」が多い。
既存の研究：
既存の研究では、
「不透明なニッケル（Ni）やパラジウム（Pd）のバルク金属」を電極に用いている。
その為、透明な太陽電池を実現できていない。
今回の研究：
今回、
「原子オーダーの厚みを有する半導体2次元シート」として、
「遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）」を採用した。
透明電極
ITO電極を採用今回の研究では、ショットキー型原子層太陽電池をベースとした。
透明電極のITO電極を新たに採用。
- ITO電極の表面に、
- 数nm以下の金属薄膜を堆積させ、
- ITO電極の仕事関数を制御している。
これにより、挿入する金属薄膜の種類と膜厚を調整した。
ITOの透明度を損ねず、TMD接合部のショットキー障壁の高さを自由に制御できる。
発電効率が1000倍向上：
電荷分離領域とキャリア捕集領域に、
最適な金属薄膜／ITO構造を選んでデバイスを作製し、太陽光発電性能を比較した。
すると、
単純ITO電極のみを用いた場合と比較して、
最適化した金属薄膜／ITO電極構造では、発電効率が1000倍以上に向上した。
大面積化に関する研究：
さらに、「高透明太陽電池の実用化に向けて必要となる大面積化の研究」も行った。
開放電圧の低下対策：
基本ユニット構造の面積を、
単純にcmスケールに拡大しただけでは、総発電量は増加しない。
「面積増加に伴って開放電圧が低下すること」が判明した。
開放電圧低下を抑制：
開放電圧の低下を抑制すべく、
「電極幅と長さから、アスペクト比を算出（一定値以下）」として設計した。
すると、
「デバイス面積の増加に伴って、総発電量が増加すること」が判明した。
TMD太陽電池を大規模集積化：
これに基づいて、
TMD太陽電池を1㎠の石英基板上に大規模集積化した。
可視光透過率約80％で、420pWの太陽光発電に成功した。
市販小型センサー
電子デバイス現在市販されている消費電力が低い小型センサーは、
電子デバイスは100pWの電力で動作する。
今回作製した1㎠の高透明太陽電池でも十分駆動できる。
高透明太陽電池の利用分野：
大面積化やモジュール化を進めることで、
- ビル窓ガラスや車フロントガラス、
- メガネ、人体の皮膚などで、
高透明太陽電池の実用化に繋がる。
– fabcross for エンジニア
https://engineer.fabcross.jp/archeive/220713_tohoku_u.html
Cellule solaire hautement transparente : l’efficacité de la production d’énergie est améliorée 1000 fois !
-Passe 80% de la lumière visible-
-A réussi à générer 420pW avec une cellule solaire 1㎠-
Université du Tohoku :
12 juillet 2022,
Le groupe de recherche a développé une “cellule solaire presque transparente qui laisse passer 80% de la lumière visible”.
Nouvelle cellule solaire haute transparence :
Des cellules solaires hautement transparentes peuvent être installées à divers endroits.
Elle attire l’attention comme “une énergie propre qui peut être ignorée et qui est en harmonie avec l’environnement”.
Cellules solaires transparentes existantes :
D’autre part, de nombreuses cellules solaires transparentes existantes ont une “transmission de la lumière visible de 60 % ou moins”.
Recherche existante :
Dans les recherches existantes,
Pour les électrodes, on utilise du “métal opaque nickel (Ni) ou palladium (Pd) massif”.
Par conséquent, une cellule solaire transparente n’a pas été réalisée.
Cette étude:
cette fois,
En tant que “feuille bidimensionnelle semi-conductrice d’une épaisseur de l’ordre des atomes”
“Dichalcogénure de métal de transition (TMD)” a été adopté.
Électrode transparente
Utilise l’électrode ITO
Dans cette étude, nous avons utilisé une cellule solaire à couche atomique Schottky comme base.
Une électrode ITO transparente est nouvellement adoptée.
A la surface de l’électrode ITO,
Déposer une couche mince métallique de quelques nm ou moins,
Il contrôle la fonction de travail de l’électrode ITO.
En conséquence, le type et l’épaisseur du film mince métallique à insérer ont été ajustés.
La hauteur de la barrière Schottky à la jonction TMD peut être contrôlée librement sans nuire à la transparence de l’ITO.
Efficacité de la production d’énergie améliorée 1000 fois :
Dans la région de séparation des charges et la région de collecte des porteurs,
Nous avons sélectionné la structure optimale couche mince métallique / ITO, fabriqué le dispositif et comparé les performances de production d’énergie photovoltaïque.
Alors,
Par rapport à l’utilisation de simples électrodes ITO,
Grâce à la structure optimisée des électrodes à couche mince métallique / ITO, l’efficacité de la production d’énergie s’est améliorée plus de 1000 fois.
Recherche sur grande surface :
En outre, “des recherches sur l’augmentation de la surface requise pour l’application pratique de cellules solaires hautement transparentes” ont également été menées.
Mesures pour réduire la tension en circuit ouvert :
La zone de la structure de l’unité de base,
Une simple extension à l’échelle du centimètre n’augmente pas la production totale d’énergie.
Il a été constaté que “la tension en circuit ouvert diminue à mesure que la surface augmente”.
Supprime les chutes de tension en circuit ouvert :
Pour supprimer la chute de tension en circuit ouvert
Il a été conçu comme “calculer le rapport d’aspect à partir de la largeur et de la longueur de l’électrode (moins d’une certaine valeur)”.
Alors,
Il s’est avéré que “la quantité totale de production d’énergie augmente à mesure que la surface de l’appareil augmente”.
Intégration à grande échelle des cellules solaires TMD :
Basé sur ceci
Une intégration à grande échelle de cellules solaires TMD sur un substrat de quartz 1㎠.
Nous avons réussi à générer une énergie solaire de 420 pW avec une transmission de la lumière visible d’environ 80 %.
Petit capteur disponible dans le commerce
Appareil électronique
Les petits capteurs actuellement sur le marché à faible consommation sont
Les appareils électroniques fonctionnent avec une puissance de 100pW.
Même la cellule solaire hautement transparente de 1㎠ produite cette fois-ci peut être suffisamment entraînée.
Domaines d’application des cellules solaires hautement transparentes :
En augmentant la surface et la modularisation,
Construire des fenêtres et des pare-brise de voiture,
Avec des lunettes, de la peau humaine, etc.
Cela conduira à l’application pratique de cellules solaires hautement transparentes.
–fabcross pour ingénieur
Hochtransparente Solarzelle: Die Effizienz der Stromerzeugung wird um das 1000-fache verbessert!
-Lässt 80 % des sichtbaren Lichts durch-
-Es gelang, 420pW mit einer 1㎠-Solarzelle zu erzeugen-
Universität Tohoku:
12. Juli 2022,
Die Forschungsgruppe hat eine „nahezu transparente Solarzelle entwickelt, die 80 % des sichtbaren Lichts durchlässt“.
Neue hochtransparente Solarzelle:
Hochtransparente Solarzellen können an verschiedenen Stellen verbaut werden.
Sie erregt Aufmerksamkeit als “saubere Energie, die ignoriert werden kann und im Einklang mit der Umwelt steht”.
Bestehende transparente Solarzellen:
Andererseits haben viele der bestehenden transparenten Solarzellen eine “Durchlässigkeit für sichtbares Licht von 60 % oder weniger”.
Bestehende Forschung:
In der bestehenden Forschung,
Für die Elektroden wird “undurchsichtiges Nickel (Ni) oder Palladium (Pd)-Massenmetall” verwendet.
Daher wurde eine transparente Solarzelle nicht realisiert.
Diese Studie:
diesmal,
Als “zweidimensionale Halbleiterfolie mit einer Dicke in der Größenordnung von Atomen”
“Übergangsmetalldichalkogenid (TMD)” wurde angenommen.
Transparente Elektrode
Verwendet ITO-Elektrode
In dieser Studie haben wir eine Schottky-Atomschicht-Solarzelle als Basis verwendet.
Neu eingeführt wird eine transparente ITO-Elektrode.
Auf der Oberfläche der ITO-Elektrode
Abscheiden eines Metalldünnfilms von mehreren nm oder weniger,
Es steuert die Austrittsarbeit der ITO-Elektrode.
Als Ergebnis wurden die Art und Filmdicke des einzufügenden Metalldünnfilms eingestellt.
Die Höhe der Schottky-Barriere am TMD-Übergang kann frei gesteuert werden, ohne die Transparenz von ITO zu beeinträchtigen.
Die Effizienz der Stromerzeugung wurde um das 1000-fache verbessert:
In der Ladungstrennungsregion und der Ladungsträgersammelregion,
Wir haben die optimale Metalldünnschicht/ITO-Struktur ausgewählt, das Gerät hergestellt und die Leistung der photovoltaischen Stromerzeugung verglichen.
Dann,
Im Vergleich zur Verwendung nur einfacher ITO-Elektroden
Mit der optimierten Metalldünnschicht-/ITO-Elektrodenstruktur hat sich die Effizienz der Stromerzeugung um mehr als das 1000-fache verbessert.
Forschung auf großer Fläche:
Darüber hinaus wurden „Forschungen zur Vergrößerung des Flächenbedarfs für die praktische Anwendung hochtransparenter Solarzellen“ durchgeführt.
Maßnahmen zur Reduzierung der Leerlaufspannung:
Der Bereich der grundlegenden Einheitsstruktur,
Eine einfache Erweiterung auf die cm-Skala erhöht die Gesamtstromerzeugung nicht.
Es wurde festgestellt, dass “die Leerlaufspannung mit zunehmender Fläche abnimmt”.
Unterdrückt den Leerlaufspannungsabfall:
Um den Abfall der Leerlaufspannung zu unterdrücken
Es wurde so konzipiert, dass “das Seitenverhältnis aus der Elektrodenbreite und -länge (weniger als ein bestimmter Wert) berechnet wird”.
Dann,
Es stellte sich heraus, dass “die Gesamtmenge der Stromerzeugung mit zunehmender Gerätefläche zunimmt”.
Großtechnische Integration von TMD-Solarzellen:
Basierend auf
Eine großtechnische Integration von TMD-Solarzellen auf einem 1 ㎠ Quarzsubstrat.
Es ist uns gelungen, 420 pW Solarenergie mit einer Durchlässigkeit für sichtbares Licht von etwa 80 % zu erzeugen.
Handelsüblicher kleiner Sensor
Elektronisches Gerät
Die derzeit auf dem Markt befindlichen kleinen Sensoren mit geringem Stromverbrauch sind
Elektronische Geräte werden mit einer Leistung von 100 pW betrieben.
Auch die diesmal produzierte 1㎠ hochtransparente Solarzelle kann ausreichend angesteuert werden.
Anwendungsgebiete hochtransparenter Solarzellen:
Durch Flächenvergrößerung und Modularisierung
Bau von Fenstern und Autoscheiben,
Mit Brille, menschlicher Haut usw.
Dies wird zur praktischen Anwendung von hochtransparenten Solarzellen führen.
–fabcross für Ingenieur
Schottky solar cell using few-layered transition metal dichalcogenides toward large-scale fabrication of semitransparent and flexible power generator
Scientific Reports
Abstract
Few-layered transition metal dichalcogenides (TMDs)
are known as true two-dimensional materials, with excellent semiconducting properties and strong light–matter interaction.
Thus,
TMDs are attractive materials for semitransparent and flexible solar cells for use in various applications.
Hoewver,
despite the recent progress,
the development of a scalable method to fabricate semitransparent and flexible solar cells with mono- or few-layered TMDs remains a crucial challenge.
Here,
we show easy and scalable fabrication of a few-layered TMD solar cell using a Schottky-type configuration to obtain a power conversion efficiency (PCE) of approximately 0.7%,
which is the highest value reported with few-layered TMDs.
Clear power generation
was also observed for a device fabricated on a large SiO2 and flexible substrate,
demonstrating that our method has high potential for scalable production.
In addition,
systematic investigation revealed that
the PCE and external quantum efficiency (EQE) strongly depended on the type of photogenerated excitons (A, B, and C) because of different carrier dynamics.
Because high solar cell performance along with excellent scalability
can be achieved through the proposed process, our fabrication method will contribute to accelerating the industrial use of TMDs as semitransparent and flexible solar cells.