Najlepsze Domy
Przyszłość fotowoltaiki leży w wysokowydajnych ogniwach słonecznych

Przyszłość fotowoltaiki leży w wysokowydajnych ogniwach słonecznych

Krzemowe ogniwa słoneczne dominują dziś na rynku fotowoltaicznym. Jednak kwestią czasu jest, kiedy ta technologia osiągnie swoją teoretyczną, maksymalną wydajność. Przyszłością rynku fotowoltaiki są wielofunkcyjne, "hybrydowe" ogniwa słoneczne, łączące kilka materiałów absorbera, umożliwiając tym same lepsze wykorzystanie energetyczne widma promieniowania słonecznego. Świadczą o tym badania przeprowadzone przez naukowców z Fraunhofer ISE, którzy we współpracy z partnerami osiągnęli nowy rekord wydajności wynoszący 22,3% dla wielofunkcyjnego ogniwa słonecznego, wykonanego z materiałów krzemowych i półprzewodnikowych III-V.

Krzemowe ogniwa słoneczne dominują dziś na rynku fotowoltaicznym, ale technologia ta zbliża się do swojej teoretycznej maksymalnej wydajności, którą można osiągnąć przy zastosowaniu krzemu jako jedynego materiału absorbera. Natomiast wielofunkcyjne ogniwa słoneczne, łączące kilka materiałów absorbera, umożliwiają lepsze wykorzystanie energetyczne widma promieniowania słonecznego. Ze względu na swój większy potencjał wydajności, wielofunkcyjne ogniwa słoneczne mają przed sobą obiecującą przyszłość.

Świadczą o tym badania przeprowadzone przez naukowców z Fraunhofer ISE, którzy  we współpracy z partnerami osiągnęli nowy rekord wydajności wynoszący 22,3% dla wielofunkcyjnego ogniwa słonecznego wykonanego z materiałów krzemowych i półprzewodnikowych III-V. Wyjątkowym osiągnięciem jest to, że warstwy III-V były bezpośrednio wyhodowane na krzemie.

Udane połączenie tylko najlepszych materiałów

Łącząc różne materiały półprzewodnikowe, naukowcy zajmujący się ogniwami słonecznymi próbują przekroczyć teoretyczny limit sprawności wynoszący 29,4% dla pojedynczego ogniwa krzemowego i jeszcze efektywniej konwertować światło słoneczne na energię elektryczną.

Obiecujące jest połączenie materiału krzemowego ze związkami półprzewodnikowymi III-V, takimi choćby jak arsenek galu. Aby to osiągnąć, należy najpierw wytworzyć struktury ogniw słonecznych III-V na podłożach z arsenku galu, następnie przenieść je do ogniwa krzemowego za pomocą technologii łączenia półprzewodników i wreszcie wytrawić podłoże z arsenku galu.

Innym, mniej kosztownym podejściem jest jednak bezpośrednia uprawa warstw III-V na krzemowym ogniwie słonecznym. W tym drugim podejściu, struktura atomowa musi być bardzo dobrze kontrolowana podczas wzrostu warstwy tak, że atomy galu i fosforu układają się na właściwych miejscach sieci, dosłownie na styku z materiałem krzemowym.

Ponadto, odległość między atomami w sieci krystalicznej musi być sztucznie zwiększona w celu wyprodukowania arsenku galu. Naukowcy pracują nad tymi wyzwaniami od ponad dziesięciu lat. Teraz są oni w stanie znacznie zmniejszyć gęstość występujących defektów w warstwach półprzewodnikowych III-V na krzemie i z powodzeniem wyprodukowali ogniwo słoneczne "hybrydowe" III-V/Si, które osiągnęło nowy rekord wydajności, wynoszący 22,3 procent. Naukowcy wykorzystali  tu technologię bezpośredniej hodowli warstw III-V. Wartość wydajności została opublikowana 25 grudnia 2018 roku w uznanej na całym świecie tabeli najlepszych wydajności ogniw badawczych na świecie.

Jesteśmy bardzo zadowoleni z tego wyniku bezpośredniego rozwoju półprzewodników III-V na krzemie, co jest ważnym podejściem badawczym dla ogniw "hybrydowych"– mówi dr Andreas Bett, dyrektor instytutu Fraunhofer ISE. – We Freiburgu budujemy obecnie nowe centrum badawcze nad wysokowydajnymi ogniwami słonecznymi. Nasze prace nad ogniwami "hybrydowymi" będą prowadzone w nowych obiektach naukowych po ukończeniu ich budowy, w 2020 roku. Wraz z ulepszoną infrastrukturą techniczną oczekujemy szybkiego przyspieszenia rozwoju wielofunkcyjnych ogniw słonecznych opartych na krzemie i półprzewodnikach.

Nie ma jeszcze komentarzy. Kliknij i dodaj pierwszy!