米乐m6官方网站节能研究部首席研究员石冢正吾和甲南大学池田茂教授发现了有前景的太阳能电池CIS系统CuGaSe材料2的p-n结接口控制方法、太阳能电池和水分解制氢的发展光电极2
这一结果表明，主要用于太阳能电池的CIS基材料也有望用于利用光电化学电池生产水分解氢，并有望发展成使用包括CIS基材料的多组分化合物薄膜材料的新能源转换技术。宽间隙 CIS 系统利用材料来提高太阳能电池和光电化学电池的性能一直很困难，但我们利用我们开发的界面改性方法实现了性能的提高。
该成就的详细信息将于 2022 年 8 月 2 日（德国时间）公布。先进材料接口
二氧化碳（CO），力争在 2050 年实现碳中和）2)排放时，人们对可再生能源的普及的期望越来越高。特别是对太阳能发电和氢能的兴趣很高，世界各地都在进行相关技术的研究和开发。近年来，人们提出了与主流晶体硅太阳能电池不同的各种太阳能电池，其中CIS太阳能电池以其光电转换效率高和长期可靠性优异等特点而闻名。此外，CIS材料利用其薄膜材料的特性，可以使能量转换器件变得更轻、更灵活。禁止带宽宽间隙 CIS 材料是下一代廉价材料串联太阳能电池，它作为吸收短波长蓝光的顶部电池材料而受到特别关注。
另一方面，对于利用光电化学方法实际水分解氢生产来说，面临的挑战是开发一种理想的光电极材料，满足性能、稳定性、成本和其他实现所需的条件。
AIST正在致力于CIS太阳能电池的开发，重点关注高效基础技术，旨在将其应用于轻量柔性型和串联型。特别是，宽禁带CIS材料有望作为吸收短波长光的顶级电池材料，但它们并未用于单结太阳能电池。窄间隙CIS系统不同，它很难控制缺陷和物理性能并提高性能。因此，提高宽禁带CIS太阳能电池的性能已成为一个重要问题。
此外，水分解和氢气生成需要等于理论分解电压123V加上过电压的电压。为了实现这一目标，需要具有宽禁带宽度（宽禁带）的光电极材料。 CuGaSe，一种宽禁带 CIS 材料2禁带宽度约为 17 eV。因此，它不仅被认为有望用于串联太阳能电池的顶部电池，而且还可以用于水分解制氢电池。然而，它是光氢转化效率的指标HC-STH 效率（半电池太阳能制氢）迄今为止一直保持在 1% 左右。铜镓硒2用于制氢电池的光电极（阴极），转换效率不够高，无法讨论实际应用。相比之下，AIST和甲南大学的一个研究小组开发了CuGaSe2通过改进成膜技术，我们成功地大幅提高了性能，在水分解制氢电池中实现了 6% 以上的 HC-STH 效率。
10404_105342有助于大幅减排的创新组件开发/基于CIS的串联太阳能电池元件技术的国际联合研发（2021-2023年）”是在甲南学园平江太郎基金会科学研究奖励金和木下纪念公司的支持下进行的。
通过这项技术，CuGaSe2在薄膜表面部分、靠近p-n结界面的地方设计了界面修饰载流子重组的方法。众所周知，通过添加碱金属可以显着提高CIS太阳能电池的性能，这通常被称为“碱金属效应”。为了实现该效果，在现有的窄间隙CIS太阳能电池中，一般采用在形成CIS薄膜后，在比成膜时的基板温度(约550℃)稍低的温度(约350℃)下，对薄膜表面照射KF、RbF等碱金属卤化物的方法。然而，这种由欧洲研究机构开发的沉积后处理（PDT）方法对于宽间隙CIS系统效果较差，因此需要针对宽间隙CIS系统的不同性能改进技术。
那里，CuGaSe2铜镓硒2我们尝试了在供给薄膜的构成元素Ga和Se的同时供给碱金属卤化物的方法。在宽禁带 CIS 太阳能电池中，尤其是开路电压和填充因子是一个重要的问题，使用这种方法我们能够改进这些参数（图 1）。特别是，之前报道的宽间隙CIS太阳能电池的填充因子最多只有70%左右，但这次我们利用这种方法将其提高到746%。
图 1 CuGaSe2通过在成膜即将结束前添加碱来改善太阳能电池参数和电流-电压曲线
(无增透膜，标准条件下测量，25℃，1太阳(AM 15 G))
还有 CuGaSe2CuGaSe2我们还发现可以提高太阳能电池的开路电压。通过控制贫铜层，CuGaSe2太阳能电池独立认证的效率的世界最高转换效率，同时实现高开路电压 (0960 V) 和填充因子 (724%)。图 2 显示了性能测量结果数据表。
图 2 AIST 可再生能源研究中心太阳能评估和标准小组的测量结果。红线代表电流-电压曲线（左轴），绿线代表功率-电压曲线（右轴）。
下一步，CuGaSe 用于太阳能电池2薄膜现在被配置为光电化学电池中的光电极。图 3 显示了使用几乎中性 (pH 68) 的水溶液测量的水分解氢生产性能。铜镓硒2通过使用在成膜即将结束之前供给碱金属卤化物而制备的光电极，获得了超过8％的高HC-STH效率。另外，通过使用通过控制薄膜表面上的贫铜层的厚度而进行了界面改性的光电极，可以发病潜力也获得了。到目前为止，宽禁带CIS基材料CuGaSe2以薄膜为光电极的水分解制氢，普遍报道HC-STH效率仅为1%左右，超过8%的数值为世界最高。
图3 通过碱添加和贫铜层控制对CuGaSe进行界面改性2光电极水分解产氢性能。 HC-STH效率超过8%，起始电位超过09V。右上图是在间歇光下测量的电流密度-电位图，用于推导HC-STH效率
*本新闻稿的图1和图3来自原始论文“先进材料接口中发布的图表的引用或修改。
未来不仅是界面改性，还有宽间隙CIS薄膜批量我们也在致力于改善性能，并计划进一步提高太阳能电池和光电化学电池的性能。对于串联太阳能电池应用，通过进一步提高开路电压和填充因子来实现更高的效率，对于光电化学电池，BiVO4，CO2我们还打算将其应用于减速装置。
已出版的杂志：先进材料接口
论文标题：三元 CuGaSe 的增强性能2薄膜光伏太阳能电池和具有改性 p-n 异质界面的光电化学水分解析氢
作者：石冢正吾、冈本陆和池田茂