시스 라이브 바카라 전지 재료로 성공적으로 생산 된 수소

교장 연구원 Ishizuka Shogo, Energy Saving Research Division, 바카라 커뮤니티 (이하 "AIST") 및 Konan University의 Ikeda Shigeru 교수는 유망한 태양 세포입니다CIS 시리즈Cugase, 재료₂のP-N Junction Interface개발 된 대조군 방법, 라이브 바카라 전지 및 방수 수소 생산광전자₂를 사용하여 각각의 성능을 성공적으로 개선했습니다

이 결과는 주로 라이브 바카라 전지로 사용 된 CIS 기반 물질이 광전 화학 세포에 의해 가수 분해 된 수소 생성에도 유망하며, 이들이 CIS 기반 재료를 포함한 다중 성분 박막 재료를 사용하여 새로운 에너지 전환 기술로 개발 될 것으로 예상된다넓은 갭 시스 시리즈재료로 만든 라이브 바카라 전지 및 광전 화학 세포로 성능을 향상시키기가 어려웠지만 이번에 개발 된 인터페이스 개혁 방법은 성능이 향상되었습니다

이 성과에 대한 세부 사항은 2022 년 8 월 2 일 (독일 시간)에 제공 될 예정입니다고급 재료 인터페이스」に掲載されます。

2050 년에 탄소 중립성을 실현하기위한 이산화탄소 (CO₂)의 배출량을 줄이기 위해 재생 가능한 에너지의 확산에 대한 기대치가 상승하고 있습니다 특히 라이브 바카라 발전 및 수소 에너지에 대한 관심이 높으며, 관련 기술의 연구 및 개발이 전 세계적으로 수행되고 있습니다 최근 몇 년 동안, 주류 결정질 실리콘 라이브 바카라 전지와 다른 다양한 라이브 바카라 전지가 제안되었으며, 이들 중 CIS 라이브 바카라 전지는 높은 광전성 전환 효율과 우수한 장기 신뢰성으로 알려져있다 또한, 시스 기반 재료는 또한 박막 재료를 활용하여 에너지 변환 장치를 가볍고 유연하게 만들 수 있습니다벨트 폭이 허용되지 않음넓은 갭 시스 기반 재료는 저렴한 차세대탠덤 라이브 바카라 전지를 달성하기 위해 짧은 파장으로 청색광을 흡수하는 최고 셀 재료로서 특히주의를 끌고 있습니다

반면에, 광전자 화학적 방법을 사용한 실용적인 방수 수소 생성은 실현에 필요한 성능, 안정성 및 비용에 대한 요구 사항을 충족시키는 이상적인 광 전극 재료를 개발하기위한 과제입니다

AIST는 고효율 기본 기술에 중점을 둔 경량 유연성 및 탠덤 모델의 응용을위한 CIS 기반 라이브 바카라 전지 개발을 위해 노력하고 있습니다 특히, 넓은 갭 시스 기반 물질은 단락 광을 흡수하지만 단일 접합 라이브 바카라 전지에 사용되는 최고 세포 재료로 유망합니다좁은 갭 시스 시리즈와 달리 결함과 물리적 특성을 제어하고 성능을 향상시키는 것은 어려웠습니다 따라서, 넓은 갭 시스 라이브 바카라 전지의 성능을 향상시키는 것은 중요한 문제가되었습니다

또한, 방수 수소 생성의 경우, 123V의 이론적 분해 전압에 과전압을 추가하여 얻은 전압이 필요하다 이를 달성하기 위해 넓은 금지 된 밴드 너비 (넓은 갭)를 갖는 광 전극 재료가 필요합니다 Cugase₂대략 17 eV의 비 밴드 너비가 있습니다 그러나 이것은 사진 하이드로겐 전환 효율의 지표입니다HC-STH 효율(반 세포 라이브 바카라-수소 형성)는 지금까지 약 1% 증가했습니다 Cugase₂수소 생성 세포의 광 전극 (음극)은 실제 적용을 논의하기에 충분한 전환 효율을 제공하지 않았다 대조적으로, AIST와 Konan University Research Groups는이 기술의 예비 단계 인 Cugase₂필름 생산 기술을 향상시킴으로써 우리는 성능이 급격히 향상되어 방해 된 수소 생성 세포에서 6% 이상의 HC-STH 효율을 달성했습니다

이 연구 및 개발은 일본 과학 연구를 위해 일본 과학 보조금 촉진 (19H02822, 19K05282, 20H05120)에 의해 수행 될 것이며,이 프로젝트는 "청정 에너지 분야의 혁신적인 기술에 관한 국제 공동 연구 및 개발 프로젝트₂CIS 기반 탠덤 라이브 바카라 전지 요소 기술 (2021-2023)의 상당한 감소/국제 공동 연구 및 개발에 기여하는 혁신적인 구성 요소 개발, Konan Gakuen Hirao Fund Science Research Research Grant 및 Kinoshita Memorial Corporation

이 기술에서 Cugase₂P-N Junction Interface 근처의 박막의 표면 부분에서 고정 된 인터페이스 수정キャリア再結合를 억제하는 방법을 개발하게되었습니다 CIS 라이브 바카라 전지에서, 알칼리 금속의 첨가는 일반적으로 "알칼리 금속 효과"로 알려진 성능을 크게 향상시키는 것으로 알려져있다 이 효과를 얻기 위해, 기존의 좁은 갭 시스 기반 라이브 바카라 전지는 일반적으로 KF 및 RBF와 같은 알칼리 금속 할리 드가 필름 형성시 (약 550 ℃)의 기질 온도보다 약간 낮은 온도 (약 350 ℃)에서 박막의 표면으로 조사되는 방법을 사용한다 그러나 유럽 연구소에서 개발 한이 PDT (Post-Deposition Treatment) 방법은 광범위한 갭 CIS 시스템에 효과적이지 않으므로 기존의 성능 향상과 다른 광범위한 갭 CIS 시스템을 전문으로하는 기술이 필요합니다

そこで、 Cugase₂박막에서는 PDT 방법에서와 같이 필름 형성 후 필름 형성 후에 Cugase₂우리는 박막의 구성 요소 인 GA와 SE를 공급하는 것과 동시에 알칼리 금속 할로이드를 공급하려고 노력했습니다 특히 넓은 갭 시스 라이브 바카라 전지에서開放電圧and곡선 계수의 개선 주요 문제 였지만이 기술을 통해 이러한 매개 변수를 개선 할 수있었습니다 (그림 1) 특히, 넓은 갭 시스 라이브 바카라 전지의 곡선 인자는 지금까지 최대 약 70% 증가한 것으로보고되었지만이 방법은 746%로 개선하는 데 사용되었습니다

Cugase₂₂라이브 바카라 전지의 개방 회로 전압을 개선 할 수 있음이 밝혀졌습니다 Cu 결핍 층의 제어는 cugase를 허용합니다₂라이브 바카라 전지독립 인증 효능에서 세계에서 가장 높은 1105%의 전환 효율을 달성 할 수 있었으며, 높은 오픈 회로 전압 (0960V)과 곡선 계수 (724%)를 달성했습니다 성능 측정 결과 데이터 시트는 그림 2에 나와 있습니다

다음, 라이브 바카라 전지에서 사용되는 Cugase₂박막은 이제 광 전극 셀에서 광 전극에 대한 광 전극으로 구성되었습니다 거의 중립 (pH 68) 수용액을 사용하여 측정 된 현재 수 분해 수소 생산의 성능은 그림 3에 나와 있습니다 Cugase₂필름 형성이 끝나기 직전에 알칼리 금속 할로이드를 공급하는 방법을 사용하여 제조 된 광전 전극 사용 8% 이상의 높은 HC-STH 효율이 얻어졌다 또한, 박막 표면에서 Cu 결핍 층의 두께를 제어함으로써 계면 변형 된 광전 전극을 사용함으로써, 필름은 09 V보다 큽니다개시 잠재력또한 얻었습니다 지금까지, 넓은 갭 시스 기반 재료 cugase₂광 전극으로 박막을 사용하여 가수 분해 된 수소 생산에서 HC-STH 효율은 약 1%로 유지되고 8% 이상의 숫자가 세계에서 가장 높다고보고하는 것이 일반적입니다

*이 보도 자료의 그림 1과 3은 원래 논문을 기반으로합니다 "고급 재료 인터페이스"에 게시 된 다이어그램의 인용 및 수정 된 버전을 사용합니다

이제 인터페이스를 수정할 수있을뿐만 아니라 넓은 갭 시스 기반 박막도 있습니다벌크우리는 또한 특성을 향상시키고 라이브 바카라 전지와 광전자 화학 세포의 성능을 더욱 향상시키기 위해 노력할 것입니다 탠덤 라이브 바카라 전지 셀 응용의 경우, 개방 회로 전압 및 곡선 인자를 추가로 개선하여 효율성을 높이고 광전 화학 세포, Bivo₄, Co₂우리는 또한 장치 및 기타 장치를 줄이는 데 적용하는 것을 목표로하고 있습니다

게시 된 잡지 :고급 재료 인터페이스
종이 제목 : Ternary Cugase의 향상된 성능₂얇은 필름 광전지 라이브 바카라 전지 및 광전 화학 물 분할 수소 진화가 변형 된 P-N 헤테로 인터 페이스
저자 : Shogo Ishizuka, Riku Okamoto 및 Shigeru Ikeda

CIS 시리즈

구리 (Cu), 인듐 (IN), 셀레늄 (SE) 및 기타 chalcopyrite 형 결정 구조와 같은 구성 요소를 갖는 화합물에 대한 일반적인 용어 (AG, CU) (GA) (S, SE)₂와 같은 조성비의 조합을 제어하여 금지 된 대역 너비와 같은 물리적 특성을 제어 할 수있는 재료 그룹입니다[참조로 돌아 가기]

P-N Junction Interface

구멍이 다수의 운반체로서 전기 전도를 담당하는 P- 타입 반도체 및 전자가 대다수의 운송 업체로서 전기 전도를 담당하는 N 형 반도체가 서로 접촉하는 인터페이스[참조로 돌아 가기]

광전자

빛을 흡수하고 구멍과 전자를 생성하는 전극 그것은 음극과 양극을 갖고, CIS 기반 광 전극 인 P- 타입 반도체는 물 분해를 통해 수소를 생성하는 사로 세포입니다[참조로 돌아 가기]

넓은 갭 시스 시리즈

이것은 금지 된 밴드 폭이 약 15-20 eV의 CIS 기반 재료를 지칭하며, 이는 탠덤 라이브 바카라 전지의 최고 셀 재료로 사용될 수 있습니다 조성 비는 다량의 갈륨 대 인듐과 황에 대한 셀레늄을 함유하는 조성비로 제조된다[참조로 돌아 가기]

벨트 폭이 허용되지 않음

금지 된 대역은 전자가 존재할 수없는 에너지 영역을 말하며 금지 된 밴드 너비는 해당 영역의 폭을 의미합니다 에너지 밴드 갭이라고도하는이 제품은 전자가 차지하고 가장 낮은 빈 에너지 밴드 (전도성 대역)의 바닥이 차지하는 가장 높은 에너지 밴드 (밸런스 밴드)의 상단 영역을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

탠덤 라이브 바카라 전지

다수의 구성 셀을 결합하여 흡수 된 빛의 파장을 공유하는 라이브 바카라 전지는 기존의 단일 접합 라이브 바카라 전지보다 더 효율적이다 2 ~ 3 개의 접합부, 또는 하나 이상의 다중 접합 라이브 바카라 전지가 있지만, 짧은 파장 (파란색 타입) 광을 흡수하는 상단 셀을 결합하는 라이브 바카라 전지가 있으며 장 파장 (빨간색) 빛을 흡수하는 바닥 셀을 때때로 탠덤 라이브 바카라 전지라고합니다[참조로 돌아 가기]

Narrow Gap CIS series

이것은 약 10-12 eV의 금지 된 밴드 폭이있는 CIS 기반 재료를 지칭하며, 이는 탠덤 라이브 바카라 세포 바닥 셀 또는 기존의 단일 공제 라이브 바카라 전지로서 사용될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

HC-STH 효율

라이브 바카라 에너지 전환 효율은 "생성 된 화학 물질 (수소)/입력 라이브 바카라 에너지 (Light)에 의해 보유 된 에너지가 STH (Solar-to-Hydrogen) 효율로 사용될 때, HC-STH (Half-Cell Solar-to-hydrogen)의 표기법은 광전에 전쟁으로 전기 에너지 전환 효율로 사용될 수있다[참조로 돌아 가기]

캐리어 재조합

예를 들어, 라이브 바카라 전지를 사용하여, 입사광에 의해 생성 된 구멍-전자 쌍은 전기로 추출되기 전에 인터페이스에 존재하거나 벌크에 존재하는 결함으로 인해 재조합된다 빛에서 전기로의 전환 효율이 손실됨에 따라, 캐리어 재조합을 억제하는 방법은 라이브 바카라 전지의 효율을 향상시키는 데 중요한 문제입니다[참조로 돌아 가기]

開放電圧

라이브 바카라 전지 출력 단자의 양쪽 끝에 아무것도 연결되지 않은 경우 출력 단자의 전압[참조로 돌아 가기]

곡선 계수

라이브 바카라 전지의 최대 출력을 개방 회로 전압 및 단락 전류의 생성물로 나눈 값 이를 충전 계수 (FF)라고합니다 이것은 전류 전압 곡선 모양이 좋거나 나쁘고 100%에 가까운 지 여부를 결정하는 지표입니다[참조로 돌아 가기]

독립 인증 효능

라이브 바카라 전지의 광전 전환 효율은 대학, 연구 기관, 회사 등에 의해 측정 될 때 자체적으로 선포 된 숫자로 신뢰성을 보장하기가 어렵습니다 따라서 AIST (Japan), National Institute of Renewable Energy (미국) 및 Fraunhofer Research Institute (독일)와 같은 기관에서 측정 한 광전 전환 효율은 종종 신뢰성이 보장 된 독립적으로 인증 된 효율성 (독립적으로 인증 된 효율성)으로 출판됩니다 특히 "세계 최고 효율성"으로 인식되는 숫자는 타사 조직의 이러한 측정을 기반으로합니다[참조로 돌아 가기]

개시 잠재력

이것은 광 반응 반응의 구동력의 크기를 나타내며, 수분 해석 수소 생산 반응이 클수록 더 바람직하다는 것을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

벌크

곡물 표면 또는 인터페이스 내부의 재료 (벌크) (표면 또는 인터페이스)[참조로 돌아 가기]