PV_4_21
Welcome to interactive presentation, created with Publuu. Enjoy the reading!
15
magazyn fotowoltaika 4/2021
technologie
słonecznie pochłania światło o niewiel-
kiej długości fali (jednoznaczne z wysoką
energią) i przepuszcza światło o większej
długości fali. Drugie ogniwo słoneczne
umieszczone pod spodem pochłania
z kolei część widma aż do odcięcia dłu-
gości fali, która w przypadku półprze-
wodników jest określona przez tzw.
energię przerwy wzbronionej. W zasa-
dzie można umieścić dowolną liczbę
częściowych ogniw słonecznych jedno
nad drugim. Celem takiego układu jest
zwiększenie wydajności konwersji świa-
tła słonecznego na energię elektryczną
w porównaniu z pojedynczymi ogni-
wami słonecznymi. Osiąga się to z jed-
nej strony dzięki temu, że światło krót-
kofalowe (wysokoenergetyczne) gene-
ruje wyższe napięcie w najwyżej poło-
żonych ogniwach słonecznych. Z dru-
giej strony, absorpcja w zakresie fal dłuż-
szych (niższej energii) może być rozsze-
rzona przez umieszczone poniżej ogniwa
słoneczne. W tandemowym ogniwie sło-
necznym zarówno zakres absorpcji jest
rozszerzony w porównaniu z pojedyn-
czym ogniwem słonecznym, jak i wydaj-
ność konwersji w zakresie widma krótko-
falowego jest zwiększona.
Rodzaje ogniw tandemowych
Istnieje kilka typów ogniw tandemo-
wych, które można pogrupować głów-
nie w zależności od użytych materiałów
– organiczne, nieorganiczne, hybrydowe.
Kolejny poziom klasyfikacji obejmuje
rodzaje połączeń używanych dla podo-
gniw – ułożone w stos, monolityczne lub
z rozszczepieniem optycznym.
Organiczne ogniwa tandemowe
Fotowoltaika organiczna zakłada pro-
dukcję tanich ogniw o małej lub średniej
wydajności. Ogniwa tandemowe wyko-
nane są z materiałów polimerowych
lub małych cząsteczek organicznych.
W porównaniu z urządzeniami opar-
tymi na krzemie, polimerowe ogniwa sło-
neczne są: lekkie (co jest ważne w przy-
padku małych autonomicznych czuj-
ników),
potencjalnie
jednorazowego
użytku, niedrogie w produkcji (czasem
przy użyciu drukowanej elektroniki),
elastyczne, konfigurowalne na pozio-
mie molekularnym i potencjalnie mają
mniej negatywny wpływ na środowi-
sko. Polimerowe ogniwa słoneczne mają
również potencjał do wykazywania prze-
zroczystości, co sugeruje zastosowanie
w oknach, ścianach, elastycznej elektro-
nice itp. Wady polimerowych ogniw sło-
necznych są również poważne: oferują
około 1/3 wydajności twardych materia-
łów i doświadczają znacznej degradacji
fotochemicznej.
Nieorganiczne ogniwa
tandemowe
Komercyjne nieorganiczne ogniwa
tandemowe są wykonane z materiałów
III–V grupy układu okresowego pier-
wiastków, które czasami nazywane są
matką i ojcem technologii. Głównie dla-
tego, że ogniwa słoneczne zbudowane
z
półprzewodników
III–V
przodują
w wydajności konwersji od początku ist-
nienia jednozłączowych ogniw słonecz-
nych i ogniw tandemowych wykonanych
z tych materiałów. Rekordowa na świe-
cie wydajność ogniwa z trzema złączami
składa się z GaInP/InGaAs/InGaAs,
które osiągają 44,4% wydajności, pod-
czas gdy czterozłączowa GaInP/GaAs;
GaInAsP/GaInAs osiągają 46,0%. Tego
typu ogniwa (nieco mniej efektywne
niż te laboratoryjne rekordy świata) ze
względu na bardzo wysoką cenę, a jedno-
cześnie najwyższą wydajność są używane
głównie w zastosowaniach kosmicznych,
takich jak satelity lub trudne i drogie sys-
temy koncentratorów.
Jakie są zalety nieorganicznych ogniw
tandemowych? Bardzo wysokie spraw-
ności, przestrajanie przerwy wzbronio-
nej przez składy pierwiastkowe w stopach
(przerwa wzbroniona jest właściwością
półprzewodnika pokazującą, jaka mini-
malna energia jest potrzebna do przenie-
sienia elektronu z pasma walencyjnego
do pasma przewodnictwa), dobry zakres
parametrów sieci (tj. sieci atomów w mate-
riale krystalicznym) i przerwy wzbronione
do wyboru, wyższa absorpcja fotonów (bo
mają bezpośrednią przerwę wzbronioną,
co oznacza po prostu, że łatwiej absorbują
światło niż w pośrednim półprzewodniku
takim jak krzem), wyższa odporność na
promienie wysokoenergetyczne w kosmo-
sie, mniejsza degradacja sprawności przez
ciepło niż ogniwa krzemowe. Jednak są
też minusy: ogniwa te są bardzo drogie
i skomplikowane w produkcji.
Hybrydowe ogniwa tandemowe
Hybryda to trzeci typ ogniw tan-
demowych. Tu właśnie wkracza per-
spektywa przemysłu fotowoltaicznego
– perowskit. Tandem perowskitowy już
okazał się dość wydajny i tani, głównie
ze względu na tanie materiały, które są
używane do jego budowy. Ta kombina-
cja ma również silną absorpcję optyczną
i długą dyfuzję oraz możliwość drukowa-
nia w technologii roll-to-roll. Z drugiej
strony, ponieważ technologia perowski-
towa wciąż się rozwija, stabilność ogniw
tego typu nie jest jeszcze dopracowana
w sposób ostateczny, dlatego tandemy
perowskitu również cierpią na ten pro-
blem. Do tego dochodzą straty rekombi-
nacyjne, optymalizacja pasma wzbronio-
nego, przezroczyste przewodzące odbicia
tlenku i pasożytnicza absorbancja.
W świetle hybrydowego typu tan-
demu
warto
również
wspomnieć
Fot. 1. Naturalny minerał – perowskit. Źródło: www. metsolar.eu
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52