Rekordowo wydajne ogniwa słoneczne na bazie arsenku galu

fot. Semprius

Partner technologiczny Siemensa ustanawia nowy rekord fotowoltaiki o wysokiej koncentracji (HCPV)

Amerykańscy inżynierowie z firmy Semprius skonstruowali jeden z najbardziej jak dotąd wydajnych systemów fotowoltaicznych na świecie. Ogniwa zawarte w panelach uzyskały wydajność konwersji na poziomie 33,9%, co jest światowym rekordem – poinformował magazyn Technology Review. 

Konstrukcja systemu firmy Semprius jest dość nowatorska – badacze wytworzyli komórki ogniw słonecznych w panelu na bazie arsenku galu. Każda z nich ma szerokość linii narysowanej piórem kulkowym, czyli ok. 0,5 mm. Komórki te zaopatrzone są w mikrosoczewki pozwalające na 1100-krotny wzrost koncentracji promieniowania słonecznego na ogniwie w stosunku do zwykłych ogniw na bazujących na krzemie.

Arsenek galu, choć znacznie lepiej niż krzem absorbuje światło słoneczne, nie jest zbyt często używany w ogniwach słonecznych – różnica wydajności jest co prawda dość wysoka, ale nie rekompensowało to zwiększonego kosztu takich ogniw. Problemem było bowiem, że dotąd wytwarzane wysokowydajne ogniwa na bazie arsenku galu musiały posiadać własny, wydajny system chłodzenia, system optyczny ułatwiający koncentrację energii oraz rozwiązanie do naprowadzania, tak, aby stale znajdować się pozycji optymalnej do Słońca.

Ogniwa skonstruowane przez Semprius mają małą powierzchnie własną, co ułatwia ich schłodzenie, a konstrukcja trzech warstw arsenku galu o różnych współczynnikach absorpcji zwiększa pasmo promieniowania słonecznego, wykorzystywane przez ogniwa do konwersji na energię elektryczną, co znacznie podnosi wydajność.

Badacze z Semprius stworzyli na bazie jednego wafla arsenku galu kilkanaście tysięcy małych ogniw słonecznych, używając trawienia chemicznego i zrobotyzowanego systemu transferu do przeniesienia każdej warstwy na tanie podłoże. Ten sam wafel arsenku galu można było w związku tym używać wielokrotnie, zmniejszając koszty. W pracach uczestniczył prof. John Rogers z University of Illinois, wynalazca metody transferu warstwy przewodzącej z wafli krzemowych i z arsenku galu na inne podłoża.

Według pierwszych testów przeprowadzonych przez niezależnego audytora, związanego z Departamentem Energii USA, nowe ogniwa naukowców z Semprius osiągnęły wydajność na poziomie 33,9%, czyli przekroczyły barierę konwersji ponad 30% pobieranej energii świetlnej na elektryczną. Klasyczne tanie krzemowe ogniwa słoneczne nie przekraczają wydajności konwersji rzędu 15%, a rekord zmodyfikowanych ogniw krzemowych wynosi 22 ,9%. Poprzedni rekord, należący zresztą do ogniw na bazie arsenku galu wynosił 32%.

Jedno z ogniw zostało specjalnie przebudowane dla osiągnięcia jak najwyższej wydajności. Jak stwierdzili naukowcy z Semprius, w badaniach laboratoryjnych osiągnęło ono rezultat zbliżony do konwersji na poziomie 37,5%. Ogniwo testowane przez niezależnego audytora było rozwiązaniem firmy bez żadnych przeróbek, przeznaczonym na rynek komercyjny.

Obecne rozwiązanie paneli słonecznych skonstruowanych na bazie nowych ogniw, posiada własny system naprowadzania. System taki ułatwia zwiększenie wydajności i jednocześnie budowę dużych zespołów paneli – elektrowni słonecznych – które mogą być instalowane na obszarach o wysokim stopniu nasłonecznienia przez dużą część roku.

Semprius zamierza otworzyć jeszcze w tym roku niewielką fabrykę nowych ogniw, wytwarzającą 30 MW ogniw słonecznych rocznie. Jednocześnie będą następowały modyfikacje, które pozwolą na obniżenie ceny do mniej niż 10 centów za kWh i co za tym idzie rynkową konkurencję z mniej wydajnymi, ale tańszymi ogniwami słonecznymi wytwarzanymi w Chinach. Pozwoliłoby to na zwiększenie zdolności produkcyjnych fabryki do 100 MW rocznie w ciągu następnego roku. W celu rozwoju programu badawczego ogniw, Semprius zawarł joint venture z koncernem Siemens.

PAP - Nauka w Polsce