Niedrogie i wydajne ogniwa słoneczne
Fotowoltaiczne ogniwa słoneczne produkują energię elektryczną ze światła. Choć technologia ich wytwarzania została udoskonalona, dzisiejsze materiały są nadal mało wydajne i drogie. Dlatego powstał projekt NANOCIS (Development of a new generation of CIGS-based solar cells), finansowany ze środków UE, w ramach którego powstała sieć wymiany naukowej. Do celów badania należało opracowanie nowych, niedrogich materiałów, co pozwoliłyby osiągnąć wydajność rzędu 63%. Naukowcy skupili się na ogniwach z mieszaniny miedzi, indu, galu i selenu (CIGS), które wytwarzanie są w procesie nanoszenia warstwy materiałów półprzewodnikowych na szkło lub plastik. Takie ogniwa mają szereg zalet. Jedną z nich jest względnie cienka warstwa półprzewodnika, która jest elastyczna i jednocześnie posiada niezwykłe właściwości absorpcji światła. Naukowcy badali konstrukcję, proces wytwarzania i właściwości ogniw CIGS i innych materiałów kandydujących testując nowe koncepcje przemiany światła w prąd elektryczny przez ogniwa fotowoltaiczne. Przy użyciu modelowania kwantowego zespół ocenił i ustalił struktury różnych nowych materiałów czułych na pasma o pośredniej długości fali. Jednym z efektów prac jest dokonanie obliczeń rozpraszania wstecznego i innych właściwości optycznych materiałów. Powstała lista odpowiednich kandydatów i metod nanoszenia warstw na powierzchnię. Naukowcy eksperymentowali z różnymi kombinacjami, Aż wybrali metodę elektrodepozycji (ED). Posiada ona dużą przewagę nad innymi technologiami m.in. dlatego, że umożliwia wytwarzanie komponentów wysokiej jakości o 50% taniej w porównaniu z metodami alternatywnymi. Dodatkowo proces produkcji wydajnych warstw fotowoltaicznych jest szybki i niezawodny. Naukowcy zaadaptowali metodę ED do innych materiałów, w tym absorberów, oraz rozważali syntezę warstw buforowych. Jako optyczną warstwę ograniczającą wybrano związek cynku (ZnO:CL). Materiał jest łatwy w zastosowaniu, a po połączeniu z rozpuszczalnikiem organicznym jest wystarczająco transparentny i stabilny. Wykorzystując testowane materiały i metody, konsorcjum zbudowało ogniwo PV w skali laboratoryjnej. Choć wydajność konwersji urządzenia była bardzo niska, zespołowi udało się ustalić, że czynnikiem odpowiedzialnym za taki stan rzeczy była temperatura wyżarzania procesu produkcyjnego. Zespół przetestował i opisał właściwości obiecujących materiałów na bazie nanofosforu. W oparciu o wyniki testów zoptymalizowano projekt architektoniczny przyszłych urządzeń fotowoltaicznych. Prace wykonane w projekcie dają szansę na powstanie nowej generacji niedrogich ogniw słonecznych odznaczających się wysoką wydajnością.
Słowa kluczowe
Ogniwa słoneczne, fotowoltaiczny, metody nanoszenia, NANOCIS, CIGS, półprzewodnik
