Kolejny krok w technologii ogniw słonecznych
Fotowoltaika (PV), czyli technologia wytwarzania energii elektrycznej z energii słonecznej, staje się coraz bardziej konkurencyjną dziedziną, gdyż koszty wyprodukowania modułów na bazie krzemu krystalicznego są coraz niższe. Jest to siłą napędową dla nowej generacji ultrawydajnych urządzeń fotowoltaicznych, takich jak to zaprojektowane w ramach projektu HERCULES. Sprawność ogniw słonecznych to wskaźnik ilości dostępnej energii słonecznej, która może być przekształcona w energię elektryczną za pomocą układu fotowoltaicznego. "Wyższa sprawność oznacza więcej wytworzonych watów, a co za tym idzie niższe koszty każdego modułu", wyjaśnia Delfina Munoz, pracownik działu ds. technologii słonecznych we francuskiej Komisji ds. Energii Atomowej (CEA), a zarazem koordynator projektu. "Ponadto wyższa sprawność pozwala na wytworzenie takiej samej mocy, ale na mniejszej powierzchni, co także wpływa na obniżenie kosztów związanych z produkcją", dodaje. Dzięki zaangażowaniu 15 partnerów z Francji, Niemiec, Szwajcarii, Norwegii, Niderlandów i Węgier oraz koordynacji ze strony komitetu CEA i instytutu INES (National Solar Institute) projekt HERCULES miał szansę przyczynić się do przezwyciężenia problemów technicznych związanych z podniesieniem sprawności współczesnych ogniw słonecznych. Munoz wyjaśnia, że "teoretyczna granica wydajności krzemowych ogniw słonecznych to ok. 29%. Osiągnięcie 25% to już ogromne wyzwanie, które wymaga optymalizacji i idealnego dostrojenia wszystkich parametrów mających wpływ na sprawność". Uczestnicy projektu HERCULES starali się zwiększyć tę sprawność za pomocą nowego projektu pozwalającego na prostą, wydajną i opłacalną produkcję urządzeń fotowoltaicznych. Obecnie produkuje się ogniwa słoneczne o sprawności na poziomie 18–20%. Koncepcja HERCULES zakłada opracowanie innowacyjnych struktur na bazie pojedynczego kryształu krzemu (złącza typu n na bazie monokrystalicznego krzemu lub c-Si), ale projekt przewiduje integrację dwóch technologii: dwuwarstwowego heterozłącza (SHJ) oraz IBC. Ogniwo słoneczne wykorzystujące technologię SHJ łączy monokrystaliczne i amorficzne warstwy krzemu, co zminimalizuje utratę mocy. Technologia IBC pozwala na większy przepływ prądu poprzez umiejscowienie kontaktów w tylnej części ogniwa. Ma to wyeliminować efekty zacienienia spowodowane obecnością innych materiałów na powierzchni urządzenia. Zacienienie jest jedną z głównych przyczyn utraty mocy w układach PV i ma ono nieproporcjonalny wpływ na produkcję energii na całej powierzchni urządzenia. W czasie trzech lat realizacji projektu, ukończonej w listopadzie 2016 r., konsorcjum HERCULES z powodzeniem opracowało ogniwa słoneczne typu SHJ o dużej powierzchni, osiągające sprawność na poziomie prawie 23% w warunkach laboratoryjnych. Partnerzy projektu, Meyer Burger ze Szwajcarii i instytut INES z Francji, stworzyli pilotażowe linie produkcyjne, na których w ciągu godziny można wytworzyć 2400 wafli krzemowych. Wykazali oni również gotowość do produkcji na skalę przemysłową, zwiększając możliwości produkcyjne do ponad 100 000 ogniw SHJ o sprawności ponad 22%. Konsorcjum stworzyło też prototyp ogniwa w technologii IBC o sprawności ponad 24%, które zostało następnie wyprodukowane w liczbie 1200 sztuk. Oprócz tego udało się zaprojektować wysokowydajne urządzenia z wykorzystaniem technologii łączonej IBC-SHJ, których sprawność sięgała 22,5%, a ponadto pracowano nad nowymi rozwiązaniami projektowymi, które by pozwoliły na skuteczniejsze łączenie ogniw z powierzchnią paneli. "Jednym z kluczy do powodzenia projektu jest utrzymanie niskiego poziomu kosztów. Wykazaliśmy, że łączny koszt posiadania może wynosić mniej niż 0,4 USD za 1 wat (przy najwyższym poziomie mocy i podczas pracy przy pełnym promieniowaniu słonecznym) dla obu technologii IBC i SHJ", twierdzi Munoz. "Ta liczba określa bezpośrednie i pośrednie koszty posiadania, więc nasze ultrawydajne urządzenia są już na tym samym poziomie opłacalności, co współcześnie produkowane panele słoneczne".
Słowa kluczowe
HERCULES, ultrawydajne moduły fotowoltaiczne, energia słoneczna, ogniwa słoneczne z kontaktem tylnym, dwustronne ogniwo heterozłączowe (SHJ) typu IBC (Interdigitated Back Contact)
