高透明太陽能電池：發電效率提升1000倍！
-通過 80% 的可見光-
-1㎠太陽能電池成功發電420pW-
東北大學：
2022 年 7 月 12 日，
該研究小組開發了一種“幾乎透明的太陽能電池，可以讓 80% 的可見光通過”。
新型高透明太陽能電池：
高度透明的太陽能電池可以安裝在各個地方。
它作為“可以忽略並與環境和諧相處的清潔能源”而受到關注。
現有的透明太陽能電池：
另一方面，現有的許多透明太陽能電池“可見光透過率在60%以下”。
現有研究：
在現有研究中，
“不透明的鎳 (Ni) 或鈀 (Pd) 塊狀金屬”用於電極。
因此，尚未實現透明太陽能電池。
這項研究：
這次，
作為“原子量級厚度的半導體二維片材”
採用“過渡金屬二硫屬化物（TMD）”。
透明電極
使用ITO電極
在這項研究中，我們使用肖特基原子層太陽能電池作為基礎。
新採用透明ITO電極。
在 ITO 電極表面，
沉積幾納米或更小的金屬薄膜，
它控制 ITO 電極的功函數。
結果，調整了要插入的金屬薄膜的類型和膜厚。
TMD結處肖特基勢壘的高度可以自由控製而不損害ITO的透明性。
發電效率提升1000倍：
在電荷分離區和載流子收集區，
我們選擇了最佳的金屬薄膜/ITO結構，製造了器件，並比較了光伏發電性能。
然後，
與僅使用簡單的 ITO 電極相比，
搭配優化的金屬薄膜/ITO電極結構，發電效率提升1000倍以上。
大面積研究：
此外，還進行了“關於增加高透明太陽能電池實際應用所需面積的研究”。
降低開路電壓的措施：
基本單元結構的面積，
簡單地擴展到厘米級並不會增加總發電量。
發現“開路電壓隨著面積的增加而降低”。
抑制開路電壓降：
抑制開路電壓的下降
它被設計為“從電極寬度和長度（小於某個值）計算縱橫比”。
然後，
事實證明，“總發電量隨著設備面積的增加而增加”。
TMD太陽能電池的大規模集成：
基於此
在 1 ㎠ 石英基板上大規模集成 TMD 太陽能電池。
我們成功地產生了420pW的太陽能，可見光透射率約為80%。
市售小型傳感器
電子設備
目前市場上的低功耗小型傳感器有
電子設備以 100pW 的功率運行。
即使是這次生產的1㎠高透明太陽能電池也可以充分驅動。
高透明太陽能電池的應用領域：
通過增加面積和模塊化，
建築窗戶和汽車擋風玻璃，
配眼鏡、人皮等
這將導致高度透明的太陽能電池的實際應用。
–fabcross 工程師
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.