Wysoce wydajne, cienkowarstwowe, elastyczne ogniwa słoneczne dzięki pułapkowaniu światła
W ramach finansowanego ze środków UE projektu DIELECTRIC PV (Advanced light trapping with dielectric micro-particle self-assembled arrays for low-cost and high-performance thin film solar cells) opracowano nową technikę lepszego pułapkowania światła w cienkowarstwowych krzemowych ogniwach słonecznych opartych na periodycznych układach rezonansowych mikrocząstek dielektrycznych (DMP). Głównym celem projektu było skonstruowanie prototypowych ogniw charakteryzujących się zwiększoną skutecznością konwersji światła słonecznego na elektryczność dzięki działaniu układów mikrocząstek DMP umieszczonych na przezroczystej górnej powierzchni ogniw. Naukowcy przeprowadzili modelowanie komputerowe przy użyciu oprogramowania wykorzystującego numeryczną metodę różnic skończonych w celu ustalenia optymalnych warunków dla najlepszego działania fotonowych elementów dielektrycznych. Dokonali również szczegółowej analizy mechanizmów fizycznych powodowanych przez takie elementy, które umożliwiają znaczne zwiększenie absorpcji światła w cienkowarstwowych urządzeniach fotowoltaicznych (PV). Zbadano również dodatkowe struktury fotoniczne oparte na plazmonicznych nanocząsteczkach metali, które umożliwiają pułapkowanie światła dla dłuższych długości fali (zakres bliskiej podczerwieni). W ramach projektu DIELECTRIC PV opracowano obiecujące, tanie i kompatybilne z urządzeniami stosowanymi w przemyśle strategie dotyczące pułapkowania światła. Mogą one znacznie zwiększyć absorpcję optyczną we wszystkich rodzajach ogniw cienkowarstwowych, co zapewnia większą wydajność i umożliwia zmniejszenie grubości ogniw. Optycznie grubsze, ale fizycznie cieńsze urządzenia fotowoltaiczne oznaczają również tańszą i szybszą produkcję oraz zwiększoną elastyczność, co ma kluczowe znaczenie w przypadku produkcji „roll-to-roll” i nanoszenia na giętkie podłoża, takie jak papier i polimery. Umożliwi to wytwarzanie produktów zorientowanych na konsumenta, takich jak inteligentne opakowania zasilane energią słoneczną, ogniwa fotowoltaiczne wszywane w ubrania, elektronika przenośna, ogniwa fotowoltaiczne wbudowane w konstrukcję budynków i zasilany energią słoneczną Internet rzeczy. Przełom technologiczny w dziedzinie cienkowarstwowych ogniw słonecznych, który był możliwy dzięki projektowi DIELECTRIC PV pomoże europejskiemu sektorowi ogniw fotowoltaicznych odzyskać pozycję lidera dzięki nowym niedrogim produktom na światowym rynku, a także zachęci do inwestycji i przyczyni się do utworzenia miejsc pracy w Europie.
Słowa kluczowe
Pułapkowanie światła, ogniwa słoneczne wzmocnione strukturami fotonicznymi, cienkowarstwowy, krzem, mikrocząsteczki dielektryczne, DIELECTRIC PV
