Nowa generacja stosów ogniw słonecznych
W cienkowarstwowych modułach słonecznych krzem nanoszony jest na podłoże w postaci warstwy o grubości około 3 μm, której nie trzeba wycinać z drogich płytek przy pomocy precyzyjnych technik. Te cienkowarstwowe krzemowe moduły słoneczne, składające się z dwóch ułożonych na sobie warstw pochłaniających różne długości fal świetlnych, są szczególnie wydajne. Wysoka sprawność uzyskiwana jest jednak kosztem większej złożoności. Każda warstwa dzielona jest na kilka podwarstw, które oddziałują na siebie w skomplikowany sposób. Ponieważ trudno jest przewidzieć te interakcje, przemysłowe cienkowarstwowe krzemowe ogniwa słoneczne oparte są na sprawdzonych kombinacjach komponentów i podłoży. W ramach projektu FAST TRACK (Accelerated development and prototyping of nano-technology-based high-efficiency thin-film silicon solar modules), finansowanego ze środków UE, naukowcy połączyli siły, aby znaleźć najlepsze możliwe kombinacje podzespołów. Dzięki harmonizacji różnych metod zarządzania światłem i optymalizacji materiałów pochłaniających światło zaprojektowano nową generację cienkowarstwowych krzemowych modułów słonecznych o sprawności 12%. Koszt wytworzenia przez nie jednego wata energii powinien wynieść nie więcej niż 0,5 euro. Aby uzyskać tak wysoką sprawność, naukowcy przeprowadzili doświadczenia na różnych nanomateriałach i optycznych warstwach funkcjonalnych, ale również przeprojektowali cały łańcuch procesu. Uczeni skoncentrowali się na zwiększaniu współczynnika wypełnienia i napięcia jałowego, aby poprawić ostateczną sprawność konwersji energetycznej cienkowarstwowych modułów krzemowych. Wykorzystanie nowych nanomateriałów, takich jak nanokrystaliczny tlenek krzemu, pozwoliło na poprawę zarówno właściwości optycznych, jak i elektronicznych poszczególnych warstw. Stała struktura tego wielofazowego materiału odznacza się większym stopniem swobody niż czysty krzem. Zbadano także warunki powierzchniowe górnej i dolnej warstwy. Struktury o skali nanometrowej pomogły w usprawnieniu pułapkowania światła. Do teksturyzacji wykorzystano nanowdrukowywanie na szkle oraz nowe urządzenia do wytrawiania chemicznego na morko przezroczystych przewodzących warstw tlenku cynku. Dzięki współpracy między naukowcami i przedstawicielami przemysłu projekt FAST TRACK przyczynił się do poprawy sprawności konwersji energii oraz ograniczenia kosztów produkcji. Udoskonalona technologia cienkowarstwowych ogniw krzemowych jest już stosowana w produkcji.
Słowa kluczowe
Ogniwa słoneczne, cienkowarstwowe krzemowe moduły solarne, krzem krystaliczny, nanowdrukowywanie
