Skip to main content

Advanced strategies for substitution of critical raw materials in photovoltaics

Article Category

Article available in the folowing languages:

Naukowcy poszukują w skorupie ziemskiej sposobów na bezpieczny rozwój technologii ogniw fotowoltaicznych

Opracowywanie i rozwój technologii ogniw fotowoltaicznych niewykorzystujących surowców o kluczowym znaczeniu jest niezwykle ważne dla Europy. Finansowany przez Unię Europejską zespół pracuje nad technologią, która nie wymaga stosowania żadnego z pierwiastków określonych przez Komisję Europejską mianem surowców krytycznych.

Zmiana klimatu i środowisko
Technologie przemysłowe
Energia

Projekt STARCELL został zapoczątkowany w celu podjęcia prac nad rozwojem technologii wytwarzania cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych opartych wyłącznie na materiałach występujących w dużych ilościach w skorupie ziemskiej. Jest to projekt o kluczowym znaczeniu, ponieważ większość dostępnych na rynku rozwiązań w zakresie ogniw fotowoltaicznych wykorzystuje co najmniej jeden spośród pierwiastków, które Komisja Europejska określiła mianem surowców krytycznych, charakteryzujących się wysokim ryzykiem niedoboru. Jednym z takich pierwiastków jest ind, szeroko stosowany w przemyśle produkcji półprzewodników i wytwarzania powłok. Zespół realizowanego projektu dołączył do wiodących europejskich instytucji będących w czołówce rozwoju tej technologii. We współpracy z partnerami z Japonii oraz ze Stanów Zjednoczonych naukowcy skupieni wokół projektu STARCELL „prowadzą prace nad określeniem i rozwiązaniem podstawowych problemów ograniczających sprawność konwersji ogniw fotowoltaicznych”, informuje dr Edgardo Saucedo, będący koordynatorem projektu. Ułatwianie przejścia na materiały charakteryzujące się niskim ryzykiem niedoboru Materiały, na których skupiają się prace zespołu badawczego, należą do grupy półprzewodników określanych mianem kesterytu, wśród których można wymienić miedź, cynk, cynę, siarkę i selen, czyli materiały charakteryzujące się niskim ryzykiem niedoboru w Europie. Kesteryt wykazuje również właściwości zbliżone do innej rodziny materiałów istotnych z punktu widzenia technologii ogniw fotowoltaicznych – chalkopirytów. „Pozwala to na zapewnienie, że większość zakładów produkujących cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne w technologii Cu(In,Ga)(S,Se)2, będącej obecnie najczęściej wykorzystywaną technologią wytwarzania ogniw w Europie, może z łatwością zmienić proces produkcyjny lub uzupełnić go poprzez uwzględnienie kesterytu”, mówi dr Saucedo. W ramach projektu STARCELL prowadzone są prace nad modułami osiągającymi sprawności wynoszące 15-18 %. „Osiągnięcie tego celu przy pomocy tej technologii jest trudne, jednak zrealizowane w ten sposób rozwiązania będą zdecydowanie konkurencyjne, biorąc pod uwagę fakt, że kesteryt składa się ze względnie tanich materiałów, co może w znaczący sposób przełożyć się na zmniejszenie kosztu technologii fotowoltaicznych”, wyjaśnia koordynator projektu. Ograniczenia i wyzwania związane ze sprawnością konwersji Dr Saucedo uważa, że spośród wszystkich rezultatów uzyskanych w ramach projektu STARCELL, najbardziej znaczącym będzie „połączenie modelowania materiałów, dopasowanej syntezy oraz zaawansowanej charakteryzacji w celu zidentyfikowania głównych mechanizmów ograniczających osiąganie dalszych postępów w zakresie sprawności konwersji przez moduły fotowoltaiczne”. W celu jej zwiększenia z powodzeniem stosowane są także strategie oparte na domieszkowaniu oraz wytwarzaniu stopów. „Opracowywanie innowacyjnych rozwiązań tego rodzaju pozwala nam na uzyskanie powtarzalnej sprawności na poziomie 11-13 %”, twierdzi dr Saucedo, który dodaje także, że tego rodzaju postępy stanowią również podstawę do podniesienia poziomu gotowości technologicznej kesterytu do poziomu 5. z chwilą zakończenia projektu w 2019 roku. „Wciąż do rozwiązania pozostaje wiele wyzwań dotyczących tego niezwykle złożonego i fascynującego materiału”, twierdzi koordynator, zauważając także, że najważniejsze z nich są związane ze zrozumieniem najistotniejszych ograniczeń dotyczących sprawności. Niezależnie od tego, „wszystkie te wyzwania są przedmiotem intensywnych badań w ramach projektu STARCELL”. Skutki na przyszłość Technologie opracowane w ramach projektu STARCELL mogą mieć długoterminowy wpływ na konsolidację strategicznego przemysłu europejskiego jakim jest branża rozwiązań fotowoltaicznych. Dr Saucedo tłumaczy: „Dzięki temu, że kesteryt nie zawiera żadnych surowców krytycznych, pozwala na masową produkcję modułów fotowoltaicznych bez żadnych ograniczeń materiałowych, co zmniejsza zagrożenie związane z bezpieczeństwem dostaw dla przemysłu”. Projekt może także przynieść korzyści mieszkańcom Europy. Dostęp do całkowicie zrównoważonej technologii ogniw fotowoltaicznych, które mogą być w całości wytwarzane w Europie pozwoli na zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego, stworzenie wysokiej jakości miejsc pracy oraz poprawę postrzegania wytwarzania ekologicznej energii przez społeczeństwo. Planowane prace nad projektem mają również na celu „uzyskanie istotnych informacji na temat przyszłego wykorzystania i komercjalizacji opracowanej technologii”.

Słowa kluczowe

STARCELL, fotowoltaika, kesteryt, surowiec krytyczny, technologia ogniw fotowoltaicznych, sprawność konwersji, ogniwo słoneczne, niskie ryzyko niedoboru, moduły fotowoltaiczne, fotowoltaiczne

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania