Te ogniwa fotowoltaiczne mogą zapewnić skok w rozwoju fotowoltaiki
Chińczycy ogłosili znakomity rekord sprawności ogniwa fotowoltaicznego wykonanego z krzemu i perowskitu. To połączenie może zapewnić branży fotowoltaicznej prawdziwy technologiczny skok. Jest jednak jedno „ale”.
Połączenie w ogniwie fotowoltaicznym tradycyjnej warstwy krzemowej z warstwą perowskitową zapewnia wchłonięcie większej ilości słonecznego światła, umożliwiając wyraźne zwiększenie produkcji energii elektrycznej w stosunku do tradycyjnych, jednowarstwowych ogniw PV.
Dołożenie do krzemu warstwy perowskitu nie musi ponadto oznaczać istotnego wzrostu kosztów wytwarzania ogniw. Warstwy perowskitowe powinny być tanie w produkcji, a nałożenie ich na ogniwa krzemowe nie powinno być zbyt dużym wyzwaniem technologicznym dla producentów ogniw.
O tym, jak dużym skokiem, jeśli chodzi o zdolność produkcji energii, może być połączenie w ogniwie warstwy krzemowej i perowskitowej, świadczą notowane sprawności tego rodzaju ogniw. Są one znacznie wyższe od sprawności najlepszych jednowarstwowych ogniw PV.
Obecnie rekord sprawności tradycyjnych ogniw krzemowych w formatach produkcyjnych zbliża się do 27 proc. Na zwiększenie sprawności pozwala implementowana ostatnio przez przemysł PV technologia TOPCon. Niedawno jeden z największych producentów ogniw i paneli fotowoltaicznych na świecie – chiński JinkoSolar – informował, że dostarczone przez niego krzemowe ogniwo fotowoltaiczne ustanowiło rekord świata, jeśli chodzi o sprawność. Wyniosła ona 26,89 proc.
Wydaje się, że wdrożenie do seryjnej produkcji tego rodzaju ogniw to kwestia kilku lat. Powinno to zapewnić podniesienie sprawności produkowanych seryjnie modułów do ponad 24 proc. w stosunku do osiąganych obecnie sprawności najnowszych modułów na poziomie 22-23 proc.
Nowa generacja ogniw fotowoltaicznych
W przygotowaniu są jednak inne technologie, których wdrożenie sprawi, że sprawności ogniw fotowoltaicznych rzędu 27 proc. nie będą już robić większego wrażenia. Aby zapewnić znacznie lepsze wyniki, te technologie nie mogą już jednak bazować na jednowarstwowych ogniwach. Konieczne jest zapewnienie dodatkowych warstw, które poszerzą możliwości absorpcji światła.
W ubiegłym tygodniu świetnym wynikiem sprawności tandemowego ogniwa fotowoltaicznego pochwalił się japoński Sharp. Dostarczone przez niego ogniwo w testach przeprowadzonych przez japoński narodowy instytut NEDO osiągnęło sprawność aż 33,66 proc. Tym samym Sharp poprawił swój ubiegłoroczny rekord wynoszący 32,65 proc.
Co istotne, Japończycy w swoim ogniwie nie zastosowali soczewki, która wyraźnie poprawiłaby jeszcze parametry sprawności (wykorzystanie soczewek nie jest nowym pomysłem – zapewnia świetne wyniki sprawności, ale nie przyjęło się szerzej w przemyśle fotowoltaicznym).
Rekordowe ogniwo fotowoltaiczne Sharpa wykonano z tradycyjnej warstwy krzemowej, na którą zostało nałożone dwuzłączowe ogniwo wykorzystujące jako półprzewodniki ind, gal, fosfor oraz arsenek galu. Taka architektura ogniwa sprawia, że może ono znaleźć raczej niszowe zastosowania, a wdrożenie go do seryjnej produkcji w ogromnych fabrykach ogniw może być trudne i kosztowne. Inaczej jest z ogniwami tandemowymi wykonanymi z warstwy krzemowej i perowskitowej.
Prace nad ogniwami krzemowo-perowskitowymi trwają na świecie od kilku lat. W Europie prowadzi je m.in. belgijski instytut IMEC oraz brytyjska firma Oxford PV, która chwali się budową pierwszej na świecie linii produkcyjnej ogniw krzemowo-perowskitowych.
W maju br. Oxford PV informował, że na swojej linii produkcyjnej w Brandenburg an der Havel koło Berlina wytworzył ogniwo o sprawności 28,6 procent. To wynik wyższy o ponad 1,5 pkt proc. od zeszłorocznego rekordu. Badaniu w laboratoriach instytutu Fraunhofer ISE poddano ogniwo wykonane z warstwy krzemu i perowskitu o powierzchni 258,15 cm2.
Chińska odpowiedź
W tyle w rozwoju technologii krzemowo-perowskitowej nie mogli zostać Chińczycy. Stopień zaawansowania ich prac w tym obszarze pokazuje najnowsza informacja firmy LONGi – jednego z największych na świecie producentów krzemowych ogniw i paneli fotowoltaicznych.
Wyprodukowane przez LONGi ogniwo krzemowo-perowskitowe osiągnęło znakomitą sprawność 33,9 proc. Chiński producent pobił w ten sposób poprzedni rekord sprawności tego rodzaju ogniwa należący do saudyjskiego instytutu KAUST (33,7 proc.).
Wrażenie robi to, jak szybko Chińczycy poprawiają sprawność tego rodzaju ogniw. Jeszcze podczas majowych targów SNEC 2023 ogłaszali wynik 31,8 proc., a miesiąc później – podczas Intersolar w Monachium – informowali o wyniku 33,5 proc. Teraz jeszcze poprawili to osiągnięcie o 0,4 pkt proc.
Według LONGi teoretyczna maksymalna sprawność ogniwa krzemowo-perowskitowego wynosi aż 43 proc. Tymczasem najwyższa sprawność jednowarstwowego ogniwa z krzemu jest szacowana na 29,4 proc.
Co ciekawe, chińska firma ustanowiła światowy rekord sprawności ogniwa krzemowo-perowskitowego pierwszy raz od 2015 r. W międzyczasie robili to głównie Europejczycy.
Problem perowskitów
Analizując postęp w rozwoju technologii perowskitowej w zakresie zdolności do absorpcji światła oraz mając na względzie potencjalnie niskie koszty produkcji, można dojść do wniosku, że zdominuje ona w najbliższych latach rozwój fotowoltaiki.
Jest jednak jeden problem, na który naukowcom pracującym nad ogniwami perowskitowymi nie udało się znaleźć jeszcze uniwersalnego antidotum. Tym problemem jest duża podatność perowskitów na działanie czynników zewnętrznych, takich jak wilgotność powietrza. Sprawiają one, że świetne początkowe parametry ogniw perowskitowych ulegają szybkiej degradacji.
Chińczycy liczą jednak, że tę barierę uda się pokonać, a ogniwa z krzemu i perowskitu staną się następcą jednowarstwowych krzemowych ogniw PV, które dotychczas dominowały na globalnym rynku solarnym. LONGi zapewnia w najnowszym komunikacie, że kiedy ta wysokowydajna technologia ogniw słonecznych osiągnie masową produkcję, wyraźnie przyczyni się do obniżenia kosztów wytwarzania energii słonecznej.
Piotr Pająk
piotr.pajak@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
Lepiej niech stworzą panel fotowoltaiczny który będzie produkował energii przeze 24 godziny
@Makton – wojsko to już dawno ma. Jak ponad 10lat temu odkryto że związki organiczne można programować by zamieniały jedno widmo na drugie, to zaraz dodano, że jest to nieekonomiczne i nie trafi pod strzechy (było pokazane na przykładzie szyby pokrytej tym związkiem, które przepuszczało światło widzialne, a każde inne zamieniało na inny rodzaj fali i kierowalo w masie szkła a na bokach szła były fotoogniwa). Czyli nie dano tego rozwiązania dla mas. Mamy bardzo szerokie widmo elektromagnetyczne, a widzimy bardzo wąsko od czerwieni po fiolet. Rozumiesz teraz ,że wykorzystując związki organiczne , które dostępne widmo w dzień i w nocy mogą konwertować na długośc fali, która daje największą sprawność na fotodektorze masz ogniwo fotowoltaiczne pracujące przez 24h.
Taka osoba jak p. Andrzejewski na www wspoaminał, jak za czasów radzieckich na Ukrainie produkowano panele solarne co leciały w kosmos, i te co miały sprawnośc poniżej 70% to traktowano jako odpad
@Makton: w nocy brakuje źródła (promieniowania) z którego można by pociągnąć energię. W lecie w nocy grunt oddaje trochę w podczerwieni ale trudno zamienić to na en. elektryczną. W zimie tego nocnego promieniowania jest jeszcze dużo mniej.
@wojsko: Niemal cała docierająca do Ziemi energia pochodzi ze Słońca. Tak jak wspomniał SPS, w nocy to mamy co najwyżej energię z podczerwieni oddawaną przez nagrzane za dnia otoczenie. Mamy jeszcze promieniowanie kosmiczne, ale niemal całe jest tłumione przez ziemską atmosferę. Zamiana jednego widma na inne zawsze wiąże się ze stratami. Szkło także tłumi część widma. Żeby móc przepuścić choćby w całości podczerwień musisz zastosować zupełnie inne szkło, np. germanowe. Sprawdź sobie, ile kosztuje takie szkło. Zastosowanie takich szyb w przeciętnym domu kosztowałoby tyle, co budowa drugiego domu. Najlepsze dostępne na rynku kolektory słoneczne (zamiana promieni słonecznych w ciepło a nie prąd) osiągają sprawność nieco ponad 90% i jest to maksimum co da się osiągnąć bo masz jeszcze światło odbite od tafli szkła i ucieczka ciepła bo nie istnieje 100% izolator cieplny. Pisanie o sprawności fotowoltaiki 70% i więcej to są bajki z mchu i paproci. Za czasów radzieckich fotowoltaika dopiero raczkowała a sami Rosjanie bazowali głównie na technologiach ukradzionych USA i przejętych od hitlerowców po II Wojnie Światowej. Widać to choćby teraz w trakcie wojny na Ukrainie, gdzie te ponoć nie mające analoga technologie wojskowe nie radzą sobie nawet z prostą zachodnią bronią. Pamiętaj, że w kosmosie masz zupełnie inne warunki pracy ogniw. Nie ma choćby ziemskiej atmosfery, która tłumi sporą część widma słonecznego, więc siłą rzeczy to samo ogniwo w tych warunkach wyemituje więcej energii niż na Ziemi ale nie wiąże się to z wyższą sprawnością samego ogniwa.