Srebrne podłoże umożliwia budowę cieńszych, bardziej wydajnych ogniw słonecznych
Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne oparte na warstwie absorbera z Cu(In,Ga)Se2, tzw. CIGS, odznaczają się niską wagą, dobrą wydajnością przy słabym świetle, elastycznością, konkurencyjnymi kosztami produkcji i, co ważne, wysoką estetyką. Finansowany przez UE projekt ARCIGS-M pracuje nad wykorzystaniem ich potencjału poprzez opracowanie zaawansowanych architektur ogniw słonecznych. Ostatecznym celem jest dalsze obniżenie kosztów produkcji modułów słonecznych CIGS. Jednoetapowa produkcja z wykorzystaniem srebra „Projekt ARCIGS-M koncentruje się na niskokosztowych cienkowarstwowych ogniwach słonecznych o bardzo wysokiej wydajności, nadających się do integracji z budynkami”, podsumowuje koordynatorka projektu prof. Marika Edoff. „Wykorzystujemy dwa rodzaje podłoży: zwykłe szkło sodowo-wapienne oraz tanie podłoża stalowe. Podłoża stalowe są pokrywane warstwą izolacji elektrycznej, co pozwala na jednostopniową produkcję modułów fotowoltaicznych bez konieczności lutowania poszczególnych ogniw. Wszystkie cienkowarstwowe ogniwa słoneczne składają się z dwóch kontaktów: warstwy absorbera, w której pochłaniane jest światło słoneczne, oraz przezroczystego kontaktu przedniego. Warstwa absorbera w ogniwach słonecznych ARCIGS-M składa się z CIGS, materiału półprzewodnikowego z prostą przerwą energetyczną. Przerwa energetyczna jest właściwością materiału i odpowiada minimalnej energii fotonów (pochodzących ze światła słonecznego) wymaganej do wzbudzenia elektronu. Jednak w materiałach z prostą przerwą energetyczną prawdopodobieństwo absorpcji jest bardzo wysokie i dlatego pozwalają one na uzyskanie bardzo cienkich warstw o grubości zaledwie kilku mikrometrów. ARCIGS-M stara się otrzymać grubość zaledwie 0,5 µm. Profesor tłumaczy: „To nie wystarczy do pełnej absorpcji. Dlatego też zmieniliśmy nasz tylny kontakt z warstwy molibdenu na wielowarstwowy stos ze srebrem, który zapewnia bardzo wysoki współczynnik odbicia, bliski 90 %”. Bieżące osiągnięcia Jednym z najważniejszych osiągnięć projektu jest warstwa tylnego reflektora, „która, jak dowiedliśmy, działa dobrze w połączeniu z warstwami CIGS”, mówi prof. Edoff. Aby zapobiec utracie elektronów z tylnego kontaktu, dodaje się warstwę materiału pasywującego, który składa się z tlenku glinu z otworami o nanoskalowych wymiarach. „Wzorzec warstwy pasywacyjnej tylnego kontaktu wykonywany jest w nanoskali przy pomocy nanostemplowania, metody, którą jako pierwsi stosujemy do tego typu urządzeń”, tłumaczy koordynatorka. Zespół opracował również model optoelektryczny, który służy do uzyskiwania informacji zwrotnych. Nie tylko rozwój technologiczny Co istotne, prace w ramach projektu nie ograniczają się do laboratorium. „Dążymy do osiągnięcia równowagi płci w dziedzinie, która tradycyjnie pozostaje silnie zdominowana przez mężczyzn”, mówi prof. Edoff. Koordynatorem i zastępcą koordynatora inicjatywy są kobiety, „a w spotkaniach w ramach całego projektu uczestniczyło w sumie około 40 % kobiet”. „Mamy nadzieję, że nasz projekt przyczyni się do stworzenia nowych możliwości biznesowych dla naszych partnerów, którzy reprezentują szereg różnych, uzupełniających się dziedzin”, zauważa prof. Edoff. Wśród partnerów tych znalazło się przedsiębiorstwo użyteczności publicznej, producent stali i producenci sprzętu. Profesor podsumowuje swoją wizję w wywiadzie z 2018 r.: „Fotowoltaika jest teraźniejszością i przyszłością! To najbardziej demokratyczny sposób wytwarzania energii elektrycznej”.
Słowa kluczowe
ARCIGS-M, ogniwo słoneczne, budynek, CIGS, cienkowarstwowe ogniwo słoneczne, srebro, warstwa absorbera, fotowoltaika, podłoże stalowe, światło słoneczne
