Kolorowe ogniwo słoneczne na elastycznym podłożu

Jak twierdzą naukowcy z Korei Południowej, wyniki ich prac mogą przyczynić się do szerszego wykorzystania fotowoltaiki BIPV oraz VIPV. Wyprodukowanie kolorowego modułu PV o nieznacznie zaburzonej wydajności miało być możliwe m.in. dzięki zastosowaniu procesu okresowego uwodornienia.

Eksperymenty przeprowadzili naukowcy z Koreańskiego Instytutu Nauki o Materiałach (Korea Institute of Materials Science, KIMS), a zespołem kierował dr Jung-dae Kwona z Departamentu Energii i Materiałów Elektronicznych. Praca polegała na wyprodukowaniu kolorowego cienkowarstwowego ogniwa słonecznego na elastycznym podłożu, którego wydajność miała zostać zachowana na jak najwyższym poziomie pomimo celowego nadania koloru końcowemu produktowi.

Okresowe uwodornienie

Aby osiągnąć zadowalający rezultat, badacze zastosowali wielopoziomową warstwę na bazie tlenku cynku domieszkowanego aluminium (aluminum-doped zinc oxide, AZO) z okresowym uwodornieniem (AZO:H). Proces uwodornienia prowadził do pasywacji tlenku cynku oraz wzmocnienia wiązań między tlenem a wodorem (H–O). Regularne (w odpowiednich odstępach) dodawanie wodoru do materiału zawierającego tlenek cynku domieszkowanego aluminium, czyli przezroczystej elektrody, powoduje różnicę współczynnika załamania światła, dzięki czemu powstaje odbity kolor wyłącznie w jednym materiale.

REKLAMA

Utrata odbicia w obszarze światła widzialnego pochłanianego przez ogniwo słoneczne została zmniejszona poprzez utworzenie wielowarstwowej cienkiej folii o niewiarygodnie niskiej różnicy współczynnika załamania światła, wynoszącej mniej niż 5 proc. W rezultacie okazało się, że wywołanie powstania koloru praktycznie nie obniżyło wydajności ogniwa słonecznego.

Zastosowanie w sektorach BIPV i VIPV

Możliwość opracowania kolorowych cienkowarstwowych ogniw elastycznych otwiera drogę do ich zastosowania w sektorach fotowoltaiki zintegrowanej z budynkiem (Building Integrated Photovoltaics). Pozwoli także na rozwój wciąż jeszcze młodego sektora fotowoltaiki zintegrowanej z pojazdami (Vehicle Integrated Photovoltaic). Takie ogniwa znajdą bowiem zastosowanie w miejscach, w których nie można wykorzystać tradycyjnych sztywnych modułów fotowoltaicznych, nawet jeżeli producent oferuje możliwość dostosowania koloru.

Fraunhofer ISE również pokazał nowość

Warto wspomnieć również o niedawno opublikowanej przez naukowców z Instytutu Fraunhofera informacji, że udało im się zintegrować ogniwa fotowoltaiczne z maską samochodu osobowego.  Dotychczas było to traktowane jako duże wyzwanie z uwagi na nieregularną powierzchnię maski, a także brak możliwości zastosowania grubej i ciężkiej warstwy szkła, jak to ma miejsce w przypadku dachów fotowoltaicznych (przykładem może być najnowszy model Toyoty Prius, który w najwyżej opcji wyposażono w zintegrowany z karoserią słoneczny dach).

REKLAMA

Co ważne, również w tym przypadku badacze skupili się na kwestii estetycznej i zalaminowane ogniwa fotowoltaiczne zostały pokryte powłoką MorphoColor opracowaną przez Fraunhofer ISE, która umożliwiła otrzymanie pożądanego koloru przy jednocześnie nieznacznym obniżeniu wydajności samych ogniw. W dodatku powłoka MorphoColor ma być na tyle dopracowana, że niezależnie od kąta padania promieniowania słonecznego kolor warstwy ma być jednolity i utrzymany w tej samej intensywności.

Najnowszy prototyp zespołu badawczego Fraunhofer ISE będzie można obejrzeć na targach IAA Mobility, które odbędą się 5-10 listopada w Monachium.

* Ilustrację otwierającą pobrano z artykułu Flexible multi-layered coloring transparent electrode composed of AZO–based materials autorstwa Soo-Won Choi, Ji-Woo Seo, Byeongjin Park, Seungkwon Hwang, Yonghun Kim, Pungkeun Song, Myunghun Shin, Jung-Dae Kwon, zamieszczonego na stronie:  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723039578.

Radosław Błoński