Niedrige Kosten, hohe Effizienz, mehrere Farben bei

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Jun 28, 2023

Niedrige Kosten, hohe Effizienz, mehrere Farben bei

Entwicklung einer transparenten Dünnschicht-Solarzelle mit flexiblem Substrat und verschiedenen Farben. Bild des National Research Council of Science & Technology: Eine transparente Dünnschicht-Solarzelle auf einem flexiblen Substrat

Entwicklung einer transparenten Dünnschicht mit flexiblem Substrat und verschiedenen Farben

Nationaler Forschungsrat für Wissenschaft und Technologie

Bild: Eine transparente Dünnschichtsolarzelle auf einem flexiblen Substrat, hergestellt durch periodisches Mischen von Wasserstoff mit aluminiumdotiertem Zinkoxidmaterial, um Farbe zu erzeugenmehr sehen

Bildnachweis: Korea Institute of Materials Science (KIMS)

Einem Forscherteam um Dr. Jung-dae Kwon vom Department of Energy & Electronic Materials am Korea Institute of Materials Science (KIMS) ist es gelungen, die weltweit erste transparente Dünnschichtsolarzelle auf einem flexiblen Substrat zu realisieren, das unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweist Farben und verringert die Effizienz der Solarzelle nicht wesentlich. KIMS ist ein staatlich finanziertes Forschungsinstitut, das dem Ministerium für Wissenschaft und IKT untersteht.

Hierbei handelt es sich um eine Technologie, die eine reflektierende Farbe nur eines einzelnen Materials erzielt, indem in regelmäßigen Abständen Wasserstoff in mit Aluminium dotiertes Zinkoxidmaterial, das eine transparente Elektrode darstellt, eingearbeitet wird, um einen Unterschied im Brechungsindex zu induzieren. Durch die Entwicklung eines mehrschichtigen Dünnfilms mit einem extrem geringen Brechungsindexunterschied von weniger als 5 % wurde der Reflexionsverlust im sichtbaren Lichtbereich, der von der Solarzellenvorrichtung absorbiert wird, minimiert. Es kann auf verschiedene Absorber für Dünnschichtsolarzellen angewendet werden, da es durch die Farbumsetzung den Solarzellenwirkungsgrad kaum verringert. Darüber hinaus soll es als Maßstab für die Verbesserung der Ästhetik transparenter Dünnschichtsolarzellen mit flexiblem Substrat für BIPV (Building Integrated Photo Voltaic) und VIPV (Vehicle Integrated Photo Voltaic) dienen.

Bisher wurden die Mehrschicht-Ausdünnungstechnologie für Materialien mit großen Brechungsindexunterschieden, die farbkontrollierende Dünnfilmbeschichtungstechnologie zur Gestaltung optischer Eigenschaften und die natürliche Struktur nachahmende Strukturfarbtechnologie als Farbauftragsmethoden verwendet, um die Ästhetik transparenter Dünnschichtsolarzellen zu verbessern. Diese Technologien eignen sich jedoch aufgrund eines breiten Reflexionsbandes und eines hohen Reflexionsvermögens nicht für Solarzellen, die sichtbares Licht absorbieren, oder erfordern komplexe Technologien, die im Hinblick auf zwei oder mehr Materialien und Prozesse nur schwer industriell anwendbar sind.

Das Forschungsteam bildete durch periodische Wasserstoffreaktionen mehrschichtige Dünnfilme mit unterschiedlichen Brechungsindizes und lagerte gleichzeitig Zinkoxid-Dünnfilme mithilfe der Vakuum-Sputter-Abscheidungsmethode ab, die in allgemeinen Halbleiter- und Solarzellenherstellungsprozessen verwendet wird. Anschließend erhielten sie die drei Primärfarben des Lichts, indem sie die Dicke des mehrschichtigen Dünnfilms anpassten. Damals ließ sich die Farbe der Elektrode auch bei der Anwendung auf einer Solarzelle, die Licht im sichtbaren Lichtbereich absorbiert, gut umsetzen.

Mehrschichtige transparente Dünnschichtelektroden auf Basis eines einzigen Materials erfordern keine zusätzliche Bearbeitung. Es wird erwartet, dass verschiedene Farben und ein hoher Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarzellen zu geringen Kosten realisiert werden können. Da die reflektierende Farbe außerdem als optischer Filter implementiert ist, kann sie in verschiedenen Bereichen wie Bildsensoren, Fotolithographiemasken und Infrarotabschirmung eingesetzt werden.

Dr. Jung-dae Kwon, einer der leitenden Forscher, sagte: „Wenn diese Technologie kommerzialisiert wird, wird sie dazu beitragen, eine einfache und prozessfreie Lichtfiltertechnologie und hocheffiziente transparente Dünnschichtsolarzellen mit farbigem flexiblem Substrat zu entwickeln und zu realisieren.“ BIPV-Systeme für moderne Gebäude und VIPV-Systeme für Fahrzeuge mit ästhetischen Merkmalen.“

Diese Forschung wurde im Rahmen des Grundlagenforschungsprojekts des Korea Institute of Materials Science und des Energietechnologie-Entwicklungsprojekts des Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning mit Unterstützung des Ministeriums für Wissenschaft und IKT durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Forschungsergebnisse am 3. August im Chemical Engineering Journal (IF: 15,1) veröffentlicht, einer erstklassigen Zeitschrift (in den Top 3 %) im Bereich Chemieingenieurwesen (Erstautor: Dr. Choi Soo-won). , Korrespondierender Autor: Pusan ​​National University, Professor Punggeun Song, Korea Aerospace University, Professor Myung Hoon Shin). Basierend auf dieser Forschung führt das Forschungsteam aktiv Folgeforschung im Bereich Solarmodule durch, die Farben ausdrücken, wobei sowohl die ästhetischen als auch praktischen Aspekte von BIPV berücksichtigt werden.

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Über das Korea Institute of Materials Science (KIMS)

KIMS ist ein gemeinnütziges, staatlich finanziertes Forschungsinstitut, das dem Ministerium für Wissenschaft und IKT der Republik Korea untersteht. Als einziges auf umfassende Materialtechnologien spezialisiertes Institut in Korea hat KIMS einen Beitrag zur koreanischen Industrie geleistet, indem es eine breite Palette von Aktivitäten im Zusammenhang mit der Materialwissenschaft durchgeführt hat, darunter Forschung und Entwicklung, Inspektion, Prüfung und Bewertung sowie Technologieunterstützung.

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10.1016/j.cej.2023.145226

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