Forrás: britannica.com
CIGS napelem, teljes réz-indium gallium szelenid napelemben, vékonyrétegű fotovoltaikus eszköz, amely réz-indium-gallium-szelenid (CIGS) félvezető rétegeit használja a napfény elnyelésére és átalakítására villamos energiává. Bár a CIGS napelemek a nagyszabású kereskedelmi forgalomba hozatal korai szakaszaiban vannak, azokat olyan eljárással lehet előállítani, amely képes csökkenteni a fotovoltaikus eszközök előállításának költségeit. Mivel a CIGS termékek teljesítménye, egységessége és megbízhatósága javul, a technológia jelentősen növelheti piaci részesedését, és végül „zavaró” technológiává válhat. Továbbá, a kadmium-kivonás és -használat veszélyeit figyelembe véve, a CIGS napelemek kevesebb egészségügyi és környezeti problémát kínálnak, mint a kadmium-tellurid napelemek, amelyekkel versenyeznek.
A CIGS napelemek vékony, réz-indium-szelenidből és réz-gallium-szelenidből és egy kis mennyiségű nátriumból állnak. Ez a CIGS film közvetlen bandgap félvezetőként működik, és heterojunkciót képez, mivel a két különböző anyag bandgapjai egyenlőtlenek. A vékonyréteg-cellát egy szubsztrátumra, például nátrium-mész-üvegre, fémre vagy poliamid fóliára helyezzük, hogy a hátsó felület érintkezésbe kerüljön. Ha egy nem vezető anyagot választunk a szubsztrátumhoz, akkor egy fém, mint például a molibdén. Az elülső érintkezőknek képesnek kell lenniük elektromos áram vezetésére, és átlátszónak kell lenniük ahhoz, hogy a fény elérje a cellát. Olyan anyagokat használunk, mint az indium-ón-oxid, az adalékolt cink-oxid, vagy az utóbbi időben a fejlett szerves fóliák a nano-tervezésű szénen.
A cellákat úgy tervezték, hogy a fény az átlátszó elülső ohmikus érintkezőn keresztül kerüljön be, és a CIGS rétegbe szívódik fel. Itt elektron-lyukpárok képződnek. A CIGS-sejt kadmium-adalékolt felületének p- és n-típusú anyagainak heterojunkcióján „kimerülési régió” képződik. Ez elválasztja az elektronokat a lyukaktól, és lehetővé teszi számukra az elektromos áram létrehozását (lásd még napelem). A laboratóriumi kísérletek 2014-ben 23,2 százalékos rekordhatékonyságot eredményeztek egy módosított felületi struktúrájú CIGS-cellában. A kereskedelmi CIGS sejtek azonban alacsonyabb hatékonysággal rendelkeznek, a legtöbb modul pedig körülbelül 14 százalékos konverziót ér el.
A gyártási folyamat során a CIGS-fóliák szubsztrátumra történő lerakódását gyakran vákuumban, vagy párologtató vagy permetező eljárással végezzük. A réz, a gallium és az indium egymás után lerakódnak és szeléngőzzel lecsapódnak, ami a végső CIGS struktúrát eredményezi. A lerakódást vákuum nélkül, nanorészecskékkel vagy galvanizálással lehet elvégezni, bár ezek a technikák nagyobb fejlesztést igényelnek, hogy gazdaságilag hatékonyak legyenek. Új módszereket fejlesztenek ki, amelyek jobban hasonlítanak a nyomtatási technológiákhoz, mint a hagyományos szilícium napelemek gyártása. Az egyik eljárás során a nyomtató félvezető festék cseppeket helyez egy alumíniumfóliára. Egy további nyomtatási eljárás további rétegeket és az első réteg érintkezését teszi lehetővé a réteg tetején; a fóliát ezután lapokra vágjuk.
A CIGS napelemek hajlékony szubsztrátokon is előállíthatók, ami alkalmassá teszi azokat a különböző alkalmazásokra, amelyekre a jelenlegi kristályos fotovoltaikus és egyéb merev termékek nem alkalmasak. Például a rugalmas CIGS napelemek nagyobb lehetőséget kínálnak az építészeknek a stílusban és a designban. A CIGS napelemek szintén a szilíciumcellák tömegének töredékét képezik, és üveg nélkül készíthetők, hogy ne legyen törésálló. Ezek integrálhatók olyan járművekbe, mint a traktor pótkocsik, repülőgépek és autók, mivel alacsony profiljuk minimálisra csökkenti a légellenállást, és nem adnak jelentős súlyt.
