Fraunhofer ISE: krok w kierunku tańszych ogniw tandemowych
Dominujące na rynku krzemowe ogniwa fotowoltaiczne dochodzą do teoretycznych granic sprawności, która może zostać osiągnięta przy zastosowaniu krzemu jako jedynej warstwy absorbującej energię słoneczną. Alternatywa to ogniwa tandemowe, złożone z kilku warstw różnych materiałów absorbujących różne rodzaje światła. Barierą do pokonania pozostaje jednak wysoki koszt ich produkcji.
Naukowcy z niemieckiego instytutu Fraunhofer ISE pochwalili się opracowaniem ogniwa złożonego z warstwy krzemowej oraz warstwy składającej się z materiałów półprzewodnikowych z grup III-V (GaInP oraz GaAs) – którego sprawność wyniosła 22,3 proc.
Sam pomysł połączenia takich materiałów w ogniwie fotowoltaicznym nie jest nowy, obecnie większego wrażenia nie może też robić uzyskana w warunkach laboratoryjnych sprawność.
Jednak Fraunhofer ISE podkreśla, że w tym przypadku na ogniwie krzemowym udało się utworzyć bezpośrednio, w procesie tzw. epitaksji, warstwę półprzewodników III-V – bez nanoszenia nowej warstwy na dodatkowym substracie, do czego wykorzystywano dotąd np. arsenek galu.
Zastosowanie nowego podejścia to efekt prac prowadzonych przez niemieckich naukowców od wielu lat w ramach finansowanego przez federalny rząd programu „MehrSi”.
– Dzięki skutecznemu naniesieniu półprzewodników III-V na warstwę krzemową możemy uniknąć stosowania kosztownych substratów, aby uzyskać epitaksję. Dlatego to podejście jest kluczowe w kontekście uruchomienia efektywnej kosztowo produkcji mających wysoką sprawność, tandemowych ogniw fotowoltaicznych – komentuje dr Frank Dimroth z Fraunhofer ISE.
Wcześniej w ramach innego projektu realizowanego z udziałem naukowców z niemieckiego instytutu, współpracujących z firmą EV Group, opracowano ogniwo fotowoltaiczne w technologii tzw. multi-junction, które zamienia w energię elektryczną dokładnie 1/3 przyjmowanego światła słonecznego.
Osiągnięty w ubiegłym roku rekord opracowanego przez Fraunhofer ISE i EV Group wielozłączowego (III-V) ogniwa fotowoltaicznego wynosi 33,3 proc. Wcześniej obie instytucje zwiększały sprawność ogniw wykonanych w tej technologii do 30,2 proc. w listopadzie 2016 r. oraz do 31,3 proc. w marcu 2017 r.
Ogniwo o sprawności 33,3 proc. składa się z tradycyjnej warstwy krzemowej oraz kolejnych, ultracienkich warstw, których grubość sięga zaledwie 0,002 mm.
Każda z warstw odpowiada za przyjmowanie promieniowania słonecznego o innych długościach fal. Zastosowana w ogniwie warstwa GaInP absorbuje światło w zakresie długości fal 300-670 nm, warstwa GaAs absorbuje zakres między 500 a 890 nm, a podstawowa warstwa krzemowa wykorzystuje promieniowanie o długości fal 650-1180 nm.
Dodatkowo w ogniwie zastosowano opracowaną przez Niemców technologię tzw. tunnel oxide passivated contact (TOPCon).
Informując o tym osiągnięciu, Fraunhofer ISE podkreślał, że barierą w wykorzystaniu w przemyśle ogniw wielozłączowych o tak dużej sprawności jest relatywnie wysoki koszt ich wytworzenia.
Cel, który stawia sobie federalny instytut, to doprowadzenie do produkcji modułów fotowoltaicznych, których sprawność będzie przekraczać 30 proc.
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
