Rekord dwustronnego ogniwa słonecznego w niszowej technologii

Współpraca środowiska biznesowego i naukowego pozwoliła na wypracowanie nowego dwustronnego ogniwa słonecznego z wykorzystaniem tellurku kadmu (CdTe). Jak twierdzą naukowcy, ma ono rekordową gęstość mocy.

Amerykańskie Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) oraz amerykańska firma First Solar, która specjalizuje się w produkcji i dostarczaniu modułów fotowoltaicznych opartych na cienkowarstwowych ogniwach zawierających tellurek kadmu (CdTe), opracowały nowe dwustronne (bifacjalne) ogniwo słoneczne CdTe. Ma ono wykazywać wyższą gęstość energii niż poprzedni prototyp.

Udoskonalenia

W ogniwach cienkowarstwowych amerykańskiego producenta tellurek kadmu stanowi warstwę półprzewodnikową, która absorbuje światło słoneczne, generując ładunek elektryczny. Zazwyczaj warstwę absorpcyjną umieszcza się na szklanym podłożu, a na jej powierzchni osadza się elektrody odprowadzające wygenerowany ładunek.

REKLAMA

Mimo dość niskiego poziomu skomplikowania technologia cienkowarstwowa wciąż pozostaje w tyle w stosunku do rozpowszechnionej na całym świecie technologii krzemowej. Tłumaczyć to można niższą wydajnością , a także większą podatnością na degradację ogniw bazujących na CdTe (pod wpływem światła) w porównaniu z klasyczną fotowoltaiką krzemową.

Wspomina się również o większej toksyczności procesu produkcji ogniw na bazie CdTe, a to za sprawą stosowania toksycznych substancji w poszczególnych procesach technologicznych. Z tym jednak producenci sukcesywnie sobie radzą, wykorzystując coraz bardziej przyjazne dla środowiska rozwiązania.

W swojej najnowszej pracy zespół NREL i First Solar zbudował w skali laboratoryjnej dwustronne ogniwo cienkowarstwowe na bazie CdTe z wykorzystaniem technologii Cracked Film Lithography (CFL), uzyskując gęstość mocy na poziomie 20,3 mW/cm2. Jest to wynik wyższy od uzyskanego w przypadku poprzedniego ogniwa dwustronnego (16,3 mW/cm2).

REKLAMA

Technologia CFL

Proces Cracked Film Lithography polega na nakładaniu cienkiej warstwy materiału na szklane podłoże, a następnie naświetlaniu tej warstwy i utwardzeniu. Część warstwy, która utwardzeniu nie uległa (umyślnie), jest usuwana i pozostaje tylko zaprojektowana konstrukcja, na którą można nałożyć kolejną warstwę – i w ten sposób projektować pożądaną strukturę końcową.

Zespół wykorzystał ten proces, aby nałożyć bufor tylnego interfejsu (umożliwia transport nośników ładunku wytworzonych w warstwie absorpcyjnej do elektrod zbierających) wykonany z miedzi, galu i tlenku (CuGaOx) na szklaną warstwę ogniwa dwustronnego. Zdaniem badaczy CFL okazał się lepszą techniką do nałożenia warstwy niż stosowane dotychczas – zapewnił m.in. niższą temperaturę procesu oraz niższy koszt.

Co równie ważne, zastosowanie konfiguracji CuGaOx/CFL wykazało lepszą pasywację ogniwa, co z kolei skutkowało wyższym napięciem obwodu otwartego ogniwa (Voc). Poprawiono również wartość współczynnika wypełnienia (FF), który jest stosunkiem mocy maksymalnej ogniwa do iloczynu napięcia i prądu maksymalnego – z 70,8 do 73,3 proc.