Skip to main content

Nanomaterials and nanotechnology for advanced photovoltaics

Article Category

Article available in the folowing languages:

Opłacalne, wysokowydajne ogniwa słoneczne

Gromadzenie praktycznie nieograniczonej energii słonecznej to wyjątkowo zrównoważony sposób na zmniejszenie zależności od paliw kopalnych. Nowatorskie technologie opracowane dzięki finansowaniu ze środków UE mają zwiększyć szerokie upowszechnienie tego typu rozwiązań na rynku.

Energia

W całej Europie na dachach domów i farmach słonecznych można zaobserwować krzemowe (Si) urządzenia fotowoltaiczne (PV), jednak na drodze do ich upowszechnienia stoją koszty i ograniczenia wydajności. Celem finansowanego przez UE projektu "Nanomaterials and nanotechnology for advanced photovoltaics" (NANOPV) było zaproponowanie rozwiązań obecnych utrudnień w produkcji z udziałem wielkoskalowych procesów oraz sprzętu do produkcji PV z nanomateriałów. Konsorcjum zbadało szereg tego typu materiałów, od bezwymiarowych kropek kwantowych, nanokryształów i nanocząsteczek, po jednowymiarowe nanoprzewody i nanopręty, a nawet dwuwymiarowe ultracienkie nanowarstwy. Poza opracowaniem materiałów, w celu zwiększenia wydajności, naukowcy stworzyli opłacalne wielkoskalowe procesy i wyposażenie do integracji z istniejącymi pilotażowymi i przemysłowymi liniami produkcyjnymi. Nanomateriały mogą w dużym stopniu zwiększyć wydajność poprzez lepszą eksploatację widma elektromagnetycznego, wykorzystując szerszy zakres dostępnych długości fali. Ponad 20% wydajności konwersji energii ukierunkowano na płytkowe urządzenia Si, a ponad 15% na epitaksjalne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne na bazie Si. Naukowcy przeanalizowali także tanie ogniwa słoneczne wykonane w całości z nanomateriałów. Spośród ponad 50 poddanych testom materiałów, 9 zintegrowano z płytkowymi urządzeniami Si a 11 z cienkowarstwowymi ogniwami słonecznymi na bazie Si. W niektórym przypadkach zaobserwowano zwiększoną wydajność konwersji. Powstała baza danych najbardziej obiecujących kandydatów, a kilka z nich wytypowano do optymalizacji w ramach projektu. Przykładowo, zespół zoptymalizował wyrób ogniw słonecznych skonstruowanych z krzemowych nanoprętów/nanoprzewodów. W ten sposób uzyskano cienkowarstwowe ogniwa słoneczne o wysokiej wydajności (10%), które nadają się do opłacalnej produkcji na skalę przemysłową. Ponadto włączenie krzemowych nanowarstw do krzemowych konstrukcji ogniw słonecznych zwiększyło wydajność konwersji zarówno architektur płytkowych (> 20%), jak i epitaksjalnych cienkowarstwowych (~ 15%). W projekcie NANOPV zademonstrowano wykonalność niskokosztowych urządzeń PV o wysokiej wydajności przy użyciu nanomateriałów. Projekt przyczynił się do stworzenia bezpiecznego, opłacalnego i zrównoważonego sposobu na czerpanie energii ze Słońca przy użyciu technologii, która podniesie konkurencyjność UE na rynku przygotowującym się do wielkiego przełomu.

Słowa kluczowe

Ogniwa słoneczne, krzem, fotowoltaiczny, nanomateriały, nanoprzewody, nanopręty

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania