Nowe, sprawniejsze ogniwa słoneczne

Nowe, sprawniejsze ogniwa słoneczne

Brytyjscy naukowcy mają nadzieję na zwiększenie wydajności krzemowych ogniw słonecznych poprzez zmianę materiału, który stanowi ich tylną powłokę. Aluminium ma zostać zastąpione przez amorficzny stop oparty na krzemie.

W ramach wspólnego projektu, Heriot-Watt University będzie odpowiedzialny za dobór idealnego składu materiału stanowiącego tylną powłokę, a New and Renewable Energy Centre (NaREC) zajmie się wmontowaniem nowej powłoki w strukturę ogniwa.

„Gdy przyglądamy się naszym ogniwom słonecznym, widzimy, że są bardzo dobre z przodu, jednakże ich wydajność z tyłu jest zdecydowanie gorsza,”- powiedział Alex Cole z NaREC.

„Celem tego projektu jest umieszczenie materiału pasywacyjnego (uodpornionego na korozję) na tylnej powierzchni ogniwa,” – dodał Cole. „To poprawia sprawność o jakieś 2 procent. Trzeba dodać, że istniejące ogniwa słoneczne dysponują sprawnością na poziomie 18 procent.”

Gdy światło dostaje się do ogniwa słonecznego, generuje elektrony i dziury, które rozchodzą się w przód i w tył. By móc uzyskać z ogniwa prąd, elektrony muszą przepłynąć na przód, a dziury na tył. Ponowne łączenie się elektronów i dziur powoduje straty.

„Materiał pasywacyjny znajdujący się na tyle działa jak elektronowe lustro; każdy elektron, który tam trafi, odbija się i wraca na przód, co pozwala zredukować niekorzystne zjawisko rekombinacji.” – dodał Cole.

Zespół naukowców z Heriot-Watt bada przy użyciu systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej z użyciem plazmy (PECVD), cały szereg parametrów, by określić optymalne warunki osadzania cienkich amorficznych powłok dla pasywacji powierzchni.

„Główną metodą badania jakości osadzonych powłok będzie pomiar techniką PCD (photoconductive decay), pozwalający określić szybkość rekombinacji powłoki,” – powiedziała Gudrun Kocher z Heriot-Watt University. „Wśród innych metod znajdą się spektroskopie, techniki wykorzystywane do określenia składu materiału, stopnia krystaliczności i uwodornienia powłok, oraz stopnia osadzania i przewodnictwa.”

Cole powiedział, że 18 procent sprawności istniejące ogniwa słoneczne NaREC zawdzięczają specjalnej technice laserowego procesu żłobkowania, wykorzystywanej w produkcji ogniw monokrystalicznych. Inne, powszechnie wykorzystywane techniki pozwalają wyprodukować ogniwa o niższej sprawności, na poziomie 14-15 procent.

„Obecnie, wykorzystujemy do produkcji tylnych powłok aluminium, które również spełnia funkcję lustra elektronowego,” – powiedział Cole. „W jego przypadku szybkość rekombinacji wynosi 1,4 tysiąca centymetrów na sekundę; im mniejsza wartość, tym lepiej.”

„Razem z Heriot-Watt staramy się zejść poniżej 100 centymetrów na sekundę, co oznacza 14 krotnie wolniejszą rekombinację. Pozwoli to poprawić sprawność o dwa procent.” – dodał Cole.

Kocher przyznała, że opracowanie procesu, który pozwoli wytwarzać te ogniwa w warunkach przemysłowych, stanowi wyzwanie, pozostaje jednak optymistką.

„Nasz system PECVD jest bardzo uniwersalny i może być zasilany mikrofalami, oraz falami radiowymi, w związku z czym wiążemy z nim duże nadzieje,” – powiedziała Kocher.

(lk)