Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne na progu sukcesu
W ramach finansowanego ze środków UE projektu HIPOCIGS ("New concepts for high efficiency and low cost in-line manufactured flexible CIGS solar cells") opracowano i przetestowano nowe materiały i procesy produkcyjne wykorzystujące technologię cienkiej warstwy mieszaniny CIGS (miedź, ind, gal, selen) w celu wytworzenia elastycznych ogniw słonecznych. Na produkcję ogniw słonecznych duży wpływ ma koszt surowców. Niedobór krzemu mający miejsce na rynku w czasie rozpoczynania projektu spowodował wzrost kosztów krzemowych ogniw słonecznych. Te trudności w zaopatrzeniu w krzem stały się motywacją do inwestycji w alternatywne technologie cienkowarstwowe. Naukowcy w projekcie HIPOCIGS przetestowali różne niedrogie materiały i elastyczne podłoża, próbując znaleźć ich najlepszą kombinację w celu zrównoważenia jakości produktu i kosztów materiałów. Technologia cienkiej warstwy polega na wyparowaniu i naniesieniu wybranego materiału na elastyczne podłoże. Grubość uzyskanej w ten sposób warstwy jest bardzo mała — do kilku mikrometrów — dlatego do stworzenia ogniwa potrzeba niewiele materiału. W związku z tym mieszanka CIGS może drastycznie obniżyć koszt produkcji, zapewniając jednocześnie dużą wydajność produktu. Badania objęły różne rodzaje elastycznych podłoży, w tym podłoża poliamidowe gotowe do produkcji przemysłowej przy aktualnym poziomie rozwoju technicznego. W odróżnieniu do podłoży szklanych, podłoża elastyczne wymagają zewnętrznych dostaw sodu (Na) do osiągnięcia wysokiej wydajności. Oprócz różnych metod dostarczania sodu naukowcy w projekcie HIPOCIGS przeanalizowali wszystkie aspekty osadzania mieszanki CIGS, w tym wpływ różnych grubości absorberów CIGS na wydajność ogniw słonecznych. Po trzech latach badań osiągnięto doskonałą wydajność ogniw na różnych podłożach stworzonych w technologii jednoczesnego naparowania mieszanki CIGS w niskiej temperaturze. Co jednak ważniejsze, większą skuteczność udało się uzyskać na podłożu z emaliowanej stali, gdzie skład emalii został dostosowany tak, aby stanowiła ona także źródło metali alkalicznych (np. sodu). Przed zakończeniem projektu HIPOCIGS produkcja cienkowarstwowych ogniw słonecznych CIGS przebyła całą drogę od laboratorium do zakładu produkcyjnego. Wyniki projektu i wiedza zdobyta w jego trakcie powinny ustawić europejskie badania fotowoltaiczne na czele badań technologii CIGS. Opracowując cienkowarstwowe ogniwa słoneczne CIGS, zespół projektu HIPOCIGS poważnie przyczynił się do rozwoju nowej generacji źródeł czystej energii.
Słowa kluczowe
Cienka warstwa, fotowoltaika, energia słoneczna, CIGS, ogniwa słoneczne, krzem, elastyczne podłoże, poliamid, produkcja przemysłowa, szkło, stal, emalia, czysta energia