🎽 Płytki Krzemowe Do Ogniw Słonecznych

prowadzących w rezultacie do wynalezienia tranzystora [14]. Podsumowanie historii ogniw słonecznych przedstawione jest na Ilustracji 2-2. Już w początkach lat 50 dwudziestego wieku pojawiło się wiele prób komercyjnego wykorzystania paneli słonecznych. Jednak koszt ich był zbyt wysoki. Nowa era w technologii solarnej rozpoczęła się w Przy obu do produkcji wykorzystuje się płytki krzemowe, które są przecinane i układane w rzędy. Różnica między nimi to struktura kryształu krzemu. Monokrystaliczne ogniwa są produkowane z pojedynczego kryształu krzemu, podczas gdy ogniwa polikrystaliczne produkowane są z połączenia wielu monokryształów. I to w sumie praktycznie cała budowa ogniwa fotowoltaicznego. Aby jednak dobrze zrozumieć, jaka jest zasada działania, ogniwa fotowoltaiczne należy rozróżniać, a do tego potrzebna jest pewna znajomość ich specyfikacji. Ogniwa krzemowe o grubości od 0,1 do 0,3 mm (nazywane także grubowarstwowymi) należą do tzw. I generacji. Krzem monokrystaliczny jest również stosowany w wysokowydajnych urządzeniach fotowoltaicznych (PV). Ponieważ istnieją mniej rygorystyczne wymagania dotyczące niedoskonałości strukturalnych w porównaniu z zastosowaniami mikroelektronicznymi, do ogniw słonecznych często stosuje się krzem niższej jakości klasy słonecznej (Sog-Si). Wykorzystanie węgla w energetyce do 2040 r. kosztować będzie ponad 1,3 bln zł; Lokomotywa wodorowa Pesy przeszła testy w warunkach pracy eksploatacyjnej; Zielona energia trafi do kolejnych 6 tys. gospodarstw domowych na Mazowszu; Raport EY: Polska wyłania się na znaczącego gracza na rynku morskiej energetyki wiatrowej; Norwegia. Tłumaczenie hasła "solar wafer" na polski . płytki służące do wytwarzania ogniw słonecznych jest tłumaczeniem "solar wafer" na polski. Przykładowe przetłumaczone zdanie: REC also produces solar wafers, cells and modules through its subsidiaries. ↔ REC jest jednym z największych na świecie producentów materiałów krzemowych dla przemysłu fotowoltaicznego, a jego spółki 7s7tlO6. Poniżej opisano przykładowy proces wytwarzania ogniw fotowoltaicznych; podobny proces zastosowano do wytworzenia fabrycznie nowych ogniw PV na bazie płytek krzemowych od-zyskanych w procesie recyklingu. Typowe ogniwo fotowoltaiczne to płytka półprzewodnikowa z krzemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego, w której została uformowana bariera potencjału w postaci złącza p- n. Grubość płytek zazwyczaj zawiera się w granicach 200÷500 mikrometrów. Na przednią i tylną stronę płytki naniesione są metaliczne połączenia- kontakty elektryczne. Ogniwa z krzemu monokrystalicznego wykonywane są z płytek o kształcie okrągłym, a następnie przycinane są do przekroju kwadratowego dla zwiększenia upakowania na powierzchni modułu. Monokry-staliczne ogniwa fotowoltaiczne wykazują najwyższe sprawności konwersji ze wszystkich ogniw krzemowych, ale są również najdroższe w produkcji. Wytworzone w warunkach labo-ratoryjnych pojedyncze ogniwa osiągają sprawność rzędu 24%. Ogniwa produkowane na skalę przemysłową mają sprawność rzędu 17%. Struktura multikrystaliczna (polikrystaliczna) charakteryzuje się dużymi rozmiarami ziaren: od 1 [mm] do 1 [cm]. Polikrystaliczne ogniwa krzemowe wykonywane są z dużych prostopadłościennych bloków krzemu, wytwarzanych w specjalnych piecach, w których roztopiony krzem jest powoli ochładzany, aby zainicjować wzrost polikryształu o dużych ziarnach. Bloki te są cięte na prostokątne płytki, w których formowana jest bariera potencjału. Polikrystaliczne ogniwa są nieco mniej wydajne niż mo-nokrystaliczne, ale jednocześnie koszt ich produkcji jest niższy. Płytki krzemowe wykorzysty-wane do produkcji ogniw poddawykorzysty-wane są w pierwszym etapie wstępnemu myciu, a następnie obróbce chemicznej w celu usunięcia zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia powierzchni można podzielić na: cząsteczkowe, jonowe lub atomowe [54]. Obróbkę chemiczną przeprowadza się w gorącym roztworze KOH. Trawienie to jest koniecz-ne, gdyż krzem w obszarach przypowierzchniowych jest silnie zdefektowany, co ujawnia się w postaci mikropęknięć, powstających w wyniku cięcia bloku krzemowego na płytki. W na-stępnym etapie płytki trawi się w roztworze KOH i alkoholu izopropylowego w celu wytwo-rzenia tekstury powierzchni, zmniejszającej odbicie światła. W przypadku płytek multikrystalicznych stosowana jest również inna metoda, polegająca na równoczesnym usunięciu warstwy uszkodzonej i teksturyzację (piramidyzację) powierzchni poprzez trawienie kwasowe. Zaletą tej metody w porównaniu do trawienia w roztworze KOH jest możliwość otrzymania większej jednorodności powierzchni, brak uskoków i uzyskanie mniejszego współczynnika odbicia światła. Po procesie oczyszczania następuje formowanie złącza p- n. W zależności od rodzaju atomów domieszki otrzymujemy dwa typy przewodnic-twa: elektronowe (półprzewodnik typu n); dziurowe (półprzewodnik typu p). Strona 20 z 183 Półprzewodnik typu n uzyskuje się przez dodanie w procesie wzrostu kryształu krzemu do-mieszki pierwiastka pięciowartościowego, najczęściej fosforu. Półprzewodnik typu p uzyskuje się przez zastąpienie niektórych atomów krzemu atomami pierwiastka trójwartościowego, najczęściej boru. Wprowadzając różną ilość atomów domieszkowych można zmieniać rezy-stywność półprzewodnika (rys. 2. 13). Rys. Zależność rezystywności w zależności od poziomu pierwiastka domieszkowego w krzemie [48] Proces domieszkowania może być realizowany dwoma sposobami : w rurze kwarcowej z użyciem źródła fosforu POCl3; proces dyfuzji zachodzi w temperaturze około 850 [oC] w czasie około 40 [min]. Uzyskuje się złącze o głębokości ok. 0,3 [Ω∙cm] i rezystancji powierzchniowej około 45 [Ω/□]. Proces dyfuzji może być prowadzony w układzie zamkniętym bądź otwartym w piecu jedno lub dwustrefowym (rys. 2. 14 i 2. 15). Poziom domieszki (cm-3) Rezystywność (Ω∙cm) Krzem typu p domieszkowanie borem Krzem typu n domieszkowanie fosforem Temperatura 300 K Strona 21 z 183 Rys. Dyfuzja w układzie zamkniętym (I) oraz otwartym (II) przy zastosowaniu: a, b- stałego źródła domieszki, c- gazowego źródła domieszki [10] Rys. Piec do procesu dyfuzji z POCl3 i z BBr3 i do procesu utleniania [65] w promiennikowym piecu taśmowym (LA-310). Źródłem fosforu są pasty fos-forowe naniesione metodą sitodruku lub emulsje fosfos-forowe- przy użyciu wi-rówki. 10 Radziemska Ewa, Lipiński Marek, Ostrowski Piotr, RE-USE OF PHOTOVOTAIC CRYSTALLINE SILICON SOLAR CELLS – TECHNOLOGICAL POSSIBILITIES, Heat Transfer and Renewable Sources of Energy: HTRSE-2008: Proceedings of the XIIth International Symposium, 2008, s. 187÷194: 13 rys., 1 tab. - Bibliogr. 4 978-83-7457-055-8. rury kwarcowe piec dwustrefowy piec jednostrefowy I - Dyfuzja w układzie zamkniętym II - Dyfuzja w układzie otwartym b) c) Gazowe źródło domieszki N2 O2 H2 N2 O2(H2) kwarcowa kase-ta z płytkami Si a) a piec dwustrefowy b c W kolejnym etapie usuwa się złącze z krawędzi płytek poprzez ułożenie ich w stosie w sp cjalnym do tego celu ścisku teflonowym i poddaje procesowi trawienia chemicznego w ro tworze HF: HNO3: H2O. Następnie usuwa się powstałe w procesie dyfuzji szkliwo fosforowe w wodnym roztworze kwasu HF i tworzy się tzw. maski, służące do otrzymywania określonych kształtów materiału półprzewodnikowego w postaci SiO stwy krzemu. Na tak utlenioną powierzchnię krzemu nanoszona jest warstwa antyrefleksyjna i pasywującą (TiOx), metodą chemiczną ze z jako gazu nośnego. Następnie na przednią i tylną nanosi się kontakty metaliczne browej, zaś do kontaktu tylnej części płytki w temperaturze 150 [oC] i wypalane w promiennikowym pi Rys. Taśmowy p Omowy kontakt przedni uzyskuje się poprzez przepalenie pasty przez warstwę SiO wyniku równoczesnego wypalenia pasty Al powstaje tylny kontakt o obszarze, którego występuje pole elektryczne tzw. BSF ( Na rys. 2. 17 przedstawiono w sposób schematyczny przekrój taicznego, na którym zaznaczono Rys. Schemat typowego komercyjnego 1. metalizacja tylna; 2. warstwa typu p+; 3. baza- warstwa typu p (krzemowe po łoże bazowe); 4. emiter- warstwa typu n+ 5. warstwa antyrefleksyjna i 6. metalizacja przednia. Strona 22 z 183 suwa się złącze z krawędzi płytek poprzez ułożenie ich w stosie w sp cjalnym do tego celu ścisku teflonowym i poddaje procesowi trawienia chemicznego w ro O. Następnie usuwa się powstałe w procesie dyfuzji szkliwo fosforowe w wodnym roztworze kwasu HF i tworzy się tzw. maski, służące do otrzymywania określonych kształtów materiału półprzewodnikowego w postaci SiO2 oraz Si3N4 poprzez utlenianie wa Na tak utlenioną powierzchnię krzemu nanoszona jest warstwa antyrefleksyjna i pasywującą metodą chemiczną ze związku czteroetyloortotytanianu- (C2H5O)4 . Następnie na przednią i tylną części płytki za pomocą techniki sitodruku nosi się kontakty metaliczne. Do wytworzenia kontaktu przedniego używa się pasty sr o kontaktu tylnej części płytki– pasty aluminiowej. Pasty są suszone w suszarce i wypalane w promiennikowym piecu taśmowym . Taśmowy piec IR do wypalania metalizacji- LA-310 (RTC) [ Omowy kontakt przedni uzyskuje się poprzez przepalenie pasty przez warstwę SiO wyniku równoczesnego wypalenia pasty Al powstaje tylny kontakt omowy i złącze obszarze, którego występuje pole elektryczne tzw. BSF (ang. Back Surface Field w sposób schematyczny przekrój krzemowego taicznego, na którym zaznaczono wszystkie jego elementy: typowego komercyjnego krzemowego ogniwa fotowoltaicznego (opracowanie własne) warstwa typu p (krzemowe pod-+; warstwa antyrefleksyjna i pasywująca; suwa się złącze z krawędzi płytek poprzez ułożenie ich w stosie w spe-cjalnym do tego celu ścisku teflonowym i poddaje procesowi trawienia chemicznego w roz-O. Następnie usuwa się powstałe w procesie dyfuzji szkliwo fosforowe w wodnym roztworze kwasu HF i tworzy się tzw. maski, służące do otrzymywania określonych poprzez utlenianie war-Na tak utlenioną powierzchnię krzemu nanoszona jest warstwa antyrefleksyjna i pasywującą 4Ti z użyciem azotu ocą techniki sitodruku . Do wytworzenia kontaktu przedniego używa się pasty sre-pasty aluminiowej. Pasty są suszone w suszarce ecu taśmowym (rys. 2. 16). [23] Omowy kontakt przedni uzyskuje się poprzez przepalenie pasty przez warstwę SiO2/TiOx. W mowy i złącze p-p+, w Back Surface Field). krzemowego ogniwa fotowol-fotowoltaicznego Strona 23 z 183 Z jednego z naszych poprzednich artykułów o fotowoltaice pt. „Fotowoltaika – co to jest i jak działa?” mogliście dowiedzieć się na czym polega zjawisko fotowoltaiczne oraz poznać podstawy dotyczące fotowoltaiki. Przedstawiliśmy w nim zasadę działania instalacji fotowoltaicznej oraz wymieniliśmy części, które się na nią składają. W poniższym artykule chcielibyśmy przybliżyć podstawowy element każdej instalacji, bez którego zjawisko fotowoltaiczne nie byłoby możliwe. Budowa ogniwa fotowoltaicznego nie będzie już dla Was tajemnicą. Dzięki temu artykułowi dowiecie się, dlaczego ogniwa fotowoltaiczne różnią się od siebie i co z owych różnic wynika. Jak działają ogniwa fotowoltaiczne? Ogniwa fotowoltaiczne to elementy, które tworzą urządzenie jakim jest panel fotowoltaiczny zwany również modułem fotowoltaicznym. Ogniwa fotowoltaiczne najczęściej łączone są szeregowo, są odpowiednio zabezpieczone i umieszczone w specjalnej obudowie. Pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne mają niewielką moc i dlatego łączone są w większe moduły, które łączą się w instalacje fotowoltaiczne, stanowiąc ich najważniejszą część. W module fotowoltaicznym połączone ogniwa fotowoltaiczne w płaskiej postaci i o grubości ok. 0,2 mm znajdują się pomiędzy transparentnymi foliami EVA, które odpowiadają za prawidłowe zabezpieczenie warstwy ogniw. Ogniwa fotowoltaiczne, które tworzą panele odbierają energię słoneczną i przetwarzają ją na energię elektryczną – prąd stały DC. Prąd w takiej postaci trafia do falownika fotowoltaicznego, który zamienia prąd stały na prąd zmienny, który jest podstawą użytkowej energii elektrycznej w każdym budynku. Krzem – podstawa ogniwa fotowoltaicznego Najbardziej popularnymi ogniwami fotowoltaicznymi są ogniwa krzemowe. Krzem, ze względu na swoje właściwości, idealnie sprawdza się w instalacji fotowoltaicznej. Jest drugim (zaraz po tlenie) najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem chemicznym dostępnym na Ziemi, przez co jego cena nie jest zbyt wysoka. Krzem posiada zdolność do przewodzenia prądu, jednak nie jest ona zbyt efektywna. Z tego powodu w ogniwach fotowoltaicznych wykorzystuje się krzem modyfikowany, służący jako półprzewodnik typu “n” oraz “p”. Półprzewodniki typu p-n Półprzewodnik typu “n” (negative) składa się dodatkowo z takich pierwiastków jak arsen, fosfor czy też antymon. Półprzewodnik typu “p” (positive) składa się na przykład z boru, indu lub glinu. Jeżeli połączymy oba te półprzewodniki, różnica potencjałów spowoduje, że zaczyna przepływać przez nie prąd. Jego wartość jest mała, jednak przy dodatkowej energii fotonów różnica potencjałów wzrasta niezwykle szybko. Instalacja fotowoltaiczna o mocy 4,44 kWp, Biedrusko Klasyczna budowa ogniw fotowoltaicznych Pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne produkowane są w wymiarach od 10×10 do 15×15 centymetrów (4×4”, 5×5” oraz 6×6”). Taka budowa pozwala na wygenerowanie prądu o mocy od 1,00 do 6,97 W. Jak widać, nie jest to powalający efekt. Właśnie dlatego ogniwa fotowoltaiczne połączone są szeregowo i równolegle w całe panele fotowoltaiczne, które potrafią wytwarzać prąd do 300W. Krzemowe ogniwa fotowoltaiczne pierwszej generacji dzielą się ze względu na sposób produkcji na monokrystaliczne oraz polikrystaliczne. W każdej instalacji fotowoltaicznej kluczową rolę odgrywają również przewody do fotowoltaiki. Więcej o nich przeczytasz w naszym wpisie: „Kabel do paneli fotowoltaicznych„ Ogniwa I generacji – grubowarstwowe Ogniwa I generacji zaliczana są wciąż do najpopularniejszych na rynku. Zbudowane są z krzemu, który jest relatywnie popularnym i tanim surowcem, który wciąż jest popularny na rynku. Ogniwa monokrystaliczne Są najbardziej wydajne ze wszystkich dostępnych na rynku ogniw fotowoltaicznych. Ogniwa monokrystaliczne wytwarzane z jednego kryształu krzemu, który posiada uporządkowaną strukturę wewnętrzną. Dzięki temu takie ogniwa są najsprawniejsze (osiągają sprawność do 22%) oraz charakteryzują się najdłuższą żywotnością. Koszt produkcji jest niestety również najwyższy ze wszystkich ogniw. W celu wytworzenia ogniwa monokrystalicznego należy wyprodukować pojedynczy kryształ krzemu. Proces Czochralskiego – powstawanie kryształu krzemu Pojedynczy kryształ krzemu uzyskuje się z roztopionych polikryształów (temperatura topnienia krzemu wynosi 1420°C), które tworzą spójną masę. Wprowadza się w nią krzemowy pręt, wokół którego narasta jednolity kryształ. Aby odpowiednio rozłożyć temperaturę, hodowany krzem wprowadza się w ruch obrotowy. Wynikiem tych czynności jest utworzenie monokryształu krzemu o cylindrycznym kształcie. Cięcie na płytki krzemowe Tak wyprodukowany kryształ tnie się niezwykle precyzyjnie za pomocą lasera na płytki o grubości 0,3 mm. Powierzchnia takiego krzemu odbija promienie słoneczne nawet do 40%. Aby zwiększyć efektywność płytek krzemowych, nanosi się na nie bardzo cienką warstwę przeciwodblaskową. Następnie, na tak przygotowane płytki nakłada się paski folii aluminiowej, które służą jako ścieżki prądowe. Końcowym etapem produkcji ogniw monokrystalicznych jest ich odpowiednie zabezpieczenie przed warunkami atmosferycznymi za pomocą folii organicznej EVA (Etyleno Vinylo Acid). Tak przygotowane ogniwa charakteryzują się najdłuższą żywotnością – pracują ponad 25 lat. Instalacja fotowoltaiczna o mocy 8,14 kWp, Dąbrówka Wielkopolska Ogniwa polikrystaliczne Ze względu na uproszczony proces produkcji względem ogniw monokrystalicznych, są znacznie tańsze i niestety mniej wydajne. Ogniwa polikrystaliczne wytwarza się z płytek krzemowych, które są nieregularnie ułożone względem ich struktury krystalicznej. Ogniwa polikrystaliczne osiągają sprawność od 15 do 18%, a więc znacznie niższą niż ogniwa monokrystaliczne. Zaletą takich ogniw jest ich niższa cena. Ogniwa polikrystaliczne są łatwe do rozpoznania – posiadają niebieski kolor oraz widać na nich kryształy krzemu, które kształtem przypominają szron. Produkcja ogniw polikrystalicznych Stopione polikryształy umieszcza się w specjalnych formach, w których stają się jednolitą masą. Po wystygnięciu tnie się je na płytki o grubości mniejszej niż 0,2mm. Tak pocięte płytki szlifuje się i poddaje się takiemu samemu procesowi jak ogniwa monokrystaliczne (nałożenie warstwy przeciwodblaskowej oraz pasków folii aluminiowej). Ogniwa II generacji – cienkowarstwowe Ogniwa tego typu są znacznie cieńsze niż ogniwa I generacji. Największą różnicą w tego typu ogniwach jest jednak różnica w półprzewodniku. Nie jest on wykonany z krzemu krystalicznego, lecz z takich materiałów jak tellurek kadmu (CdTe), mieszanki miedzi, indu, galu i selenu (CIGS), czy też krzemu amorficznego (a-Si). Charakterystyka ogniw cienkowarstwowych Ze względu na bardzo cienką warstwę półprzewodnika (od 0,001 do 0,08mm) cena ogniw II generacji jest znacznie mniejsza niż ogniw grubowarstwowych. Półprzewodniki w ogniwach cienkowarstwowych nakłada się trzema sposobami: za pomocą napylania, naparowywania oraz epitaksji na tanie podłoże takie jak szkło, polimer lub metal. Tak skonstruowane ogniwa mogą być niezwykle elastyczne i są coraz częściej wykorzystywane jako elementy budowlane. Ogniwa III generacji Tego typu ogniwa nie zawierają już złącza typu p-n i bazują na bardzo różnych technologiach. Ogniwa III generacji mają charakter nowatorski i w większości nie są skomercjalizowane. Spowodowane jest to między innymi niską sprawnością oraz krótką żywotnością. Technologia wytwarzania ogniw III generacji jest jednak nadal udoskonalana. Wymienić tutaj można takie technologie jak skupianie promieni słonecznych na absorberze (CPV) czy też organiczne ogniwa fotowoltaiczne (OPV). Największymi zaletami organicznych ogniw jest niezwykle niskie koszty produkcji, nietoksyczność oraz absorpcja dochodząca nawet do 90%. Jak widać, oferta ogniw fotowoltaicznych jest niezwykle szeroka. Co ciekawe, największą popularnością cieszą się nadal ogniwa I generacji, które obejmują większość rynku światowego. Coraz częściej jednak spotkać się można z zastosowaniem ogniw cienkowarstwowych w farmach fotowoltaicznych zarówno w Polsce, jak i na świecie. Jeżeli wiesz, jak wygląda budowa ogniwa fotowoltaicznego, skorzystaj z narzędzia jakim jest kalkulator fotowoltaiczny dostępny na naszej stronie. Dzięki niemu dowiesz się jaka instalacja będzie odpowiednia dla Twojego budynku, a także oszacujesz jej koszt. 19 stycznia 2021Ogniwa fotowoltaiczne odpowiadają za przemianę energii słonecznej w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego. Dowiedz się, jak jest zbudowane fotoogniwo i jaka jest zasada jego czego składa się ogniwo fotowoltaiczne?Ogniwa fotowoltaiczne z warstwą PERCOgniwa fotowoltaiczne half cut cellOgniwo fotowoltaiczne – co dzieje się w środku?Ogniwa fotowoltaiczne – rodzajeOgniwa fotowoltaiczne w ofercie Stilo EnergyZ czego składa się ogniwo fotowoltaiczne?Ogniwo fotowoltaiczne (fotoogniwo, ogniwo słoneczne) to podstawowy element paneli fotowoltaicznych. Zbudowane jest z półprzewodnika, który ma możliwość zmiany swoich właściwości przewodzenia prądu elektrycznego pod wpływem promieni słonecznych. Dlatego do produkcji najczęściej stosowanych w instalacjach paneli fotowoltaicznych wykorzystuje się krzem, german i selen. Najefektywniejszy, w związku z czym najczęściej wykorzystywany, jest jednak ten pierwszy. Wynika to z doświadczenia z tym materiałem, dopracowania procesu wytwarzania dużych monokryształów krzemowych, z których wytwarza się wafle krzemowe. Jeśli chodzi o samą sprawność ogniw to istnieją technologie z większą sprawnością niż krzemowe, np. ogniwa oparte o Arsenek Galu – które jednak ze względów ekonomicznych nie są praktycznie wykorzystywane w instalacjach krzemowe zbudowane jest z dwóch warstw półprzewodnika – krzemu typu n (taki gdzie elektrony są głównym nośnikiem ładunku) i krzemu typu p (ładunkiem większościowym są „dziury”). Bezpośrednie połączenie warstw krzemu typu p i typu n powoduje, że z obu obszarów nośniki większościowe (elektrony dla n oraz dziury dla p) dyfundują do przeciwnego i tak powstaje strefa zubożona (inaczej strefa zaporowa). W takim obszarze powstaje różnica potencjału pomiędzy obszarem typu p i typu n reprezentowana przez barierę potencjałów. Nad krzemem typu n umieszczona jest elektroda zbierająca (ujemna) w postaci siatki oraz powłoka antyrefleksyjna. Natomiast pod krzemem typu p znajduje się elektroda przenosząca (dodatnia) w postaci metalowej mówiąc, ogniwo fotowoltaiczne składa się z górnej warstwy absorbującej światło wraz z elektrodą – płytki wykonanej z krystalicznego krzemu – oraz dolnej warstwy metalizowanej, która jest drugą fotowoltaiczne z warstwą PERCOgniwo fotowoltaiczne z warstwą PERC od standardowego różni się budową, a co za tym idzie – wydajnością. Wynika to z faktu, że klasyczne fotoogniwa absorbują promienie słoneczne w ograniczonym zakresie i w ograniczonych długościach fali PERC ma dodatkową warstwę dielektryka, czyli izolatora elektrycznego, który działa na zasadzie reflektora mocy. Jest to po prostu warstwa izolatora, która ma ograniczyć przyciąganie elektronów do aluminiowej elektrody dolnej. Dodatkowo jak wskazuje nazwa Passive Emitter Rear Cell – ogniwo ze spodnią pasywacją emitera: spodnia pasywacja złącza powoduje odbijanie promieni słonecznych z powrotem do wnętrza ogniwa dzięki czemu mają dodatkową szansę na wytworzenie praktyce oznacza to, że panele fotowoltaiczne PERC są wydajniejsze przez cały dzień, nawet wcześnie rano, wieczorem oraz podczas zachmurzenia. Światło słoneczne jest efektywnie absorbowane i zamieniane na energię fotowoltaiczne half cut cellTradycyjne ogniwa fotowoltaiczne mają wymiary 156×156 mm (w standardzie M1, choć na rynku coraz częściej pojawiają się ogniwa o większych wymiarach). Te w technologii half cut cell – 156×78 mm, a to sprawia, że na tej samej powierzchni panelu mieści się podwojona liczba ogniw „przeciętych” na pół. Standardowy moduł składa się z 72 ogniw, a half cut cell ze 144. Dzięki podzieleniu ogniwa na pół zmniejszają opór elektryczny wewnętrzny, zapewniając wyższą moc wyjściową, większą wydajność oraz niezawodność. Ogniwa half cut nie nagrzewają się też tak jak standardowe, przez co ich żywotność jest ważne, dodatkowo moduły te zostały podzielone na dwie części (panele duo). Dzięki temu zniwelowany został częsty problem częściowego zacienienia fotowoltaiczne – co dzieje się w środku?Specjalna budowa ogniwa fotowoltaicznego i właściwości jego elementów sprawiają, że wewnątrz zachodzi zjawisko fizyczne – efekt fotoelektryczny wewnętrzny. Zjawisko fotowoltaiczne powoduje, że energia słoneczna zamienia się w prąd słoneczne padające na ogniwa fotowoltaiczne to strumień fotonów. Te zderzając się z elektronami, przekazują im energię. Absorpcja fotonu powoduje powstanie pary elektron dziura. Pole złącza przenosi każdy z tych ładunków do przeciwnych obszarów: elektron do obszaru typu n, dziura do obszaru półprzewodnika typu p. To rozdzielenie pary ładunków powoduje powstanie różnicy potencjałów, która polaryzuje złącze w kierunku przewodzenia – nośniki przedostają się do sąsiedniego obszaru a ten ruch nośników to właśnie powstały prąd elektryczny. Najogólniej mówiąc, powstaje prąd, który jest właśnie ruchem efektu fotowoltaicznego powstaje prąd stały, który jest następie zamieniany na prąd przemienny za pomocą inwertera (falownika) lub fotowoltaiczne różnią się budową i właściwościami, dlatego podzielono je na generacje. Do pierwszej generacji zaliczamy ogniwa wytwarzane z mono lub polikrystalicznego krzemu, natomiast do drugiej fotoogniwa produkowane z materiałów półprzewodnikowych w postaci cieniutkiej warwy najczęściej innego materiału niż krzem, np. tellurek kadmu CdTe. W trakcie badań naukowych jest również trzecia generacja – ogniwa barwnikowe i polimerowe .Najpopularniejsze ogniwa na rynku fotowoltaiki to ogniwa polikrystaliczne i monokrystaliczne wykonane z krzemu. Główna różnica między nimi to metoda wytwarzania krzemu do produkcji ogniw. Z zastosowanego procesu wynika też inna wydajność, wygląd i fotowoltaiczne polikrystaliczne są tańsze, ale osiągają wydajność na poziomie 14-16%. Mają niebieski kolor, kwadratowy kształt i często widoczne wyraźne krawędzie kryształów krzemu. Zbudowane z nich panele tworzą jednorodną płytę. Ogniwa polikrystaliczne to dobry wybór dla osób, które dysponują dużą powierzchnią ogniw fotowoltaicznych monokrystalicznych jest trochę wyższa, jednak mają one zdecydowanie wyższą wydajność (16-20%). Ogniwa monokrystaliczne mają czarny kolor i ścięte, zaokrąglone rogi. Wynika to z faktu, że wycina się je z walca. Dlatego zbudowane z nich panele mają jakby kropki na czarnym tle. W rzeczywistości to puste przestrzenie, przez które widać spodnią warstwę modułu. Ogniwa monokrystaliczne to najlepszy wybór dla osób, które dysponują małą powierzchnią dachu, ponieważ są bardziej fotowoltaiczne amorficzne buduje się z amorficznego kryształu krzemu. Mają najmniejszą sprawność, w przedziale 6-8%, ale są także najtańsze. Ogniwa amorficzne są matowe i mają bordowy fotowoltaiczne w ofercie Stilo EnergyStilo Energy to firma stosująca jedne z najlepszych rozwiązań technologicznych na rynku fotowoltaiki. W instalacjach wykorzystują panele monokrystaliczne Full Black w technologii half cut cell, które mają moc na poziomie 385-400 Wp. Gwarantuje to większe uzyski na obszar powierzchni i optymalny uzysk niezależnie od pogody. Dodatkowo panele charakteryzują się wysokimi walorami estetycznymi – cały moduł ma głęboki, ciemny kolor (Full Black). Wpływa to także na większą wydajność. Panele składają się z dwóch części. Dzięki temu przy częściowym zacienieniu modułu, wyłącza się on tylko w tej części, a spadek mocy wynosi jedynie kilkanaście punktów technologie stosowane przez Stilo Energy sprawiają, że instalacje fotowoltaiczne mają dużo większą wydajność niż standardowe systemy. Dzięki temu nawet za pomocą niewielkiej liczby paneli można wygenerować odpowiednio duże zapotrzebowanie na energię. Warto zaznaczyć, że wszystkie moduły obejmuje 25-letnia gwarancja na efektywność produkcji .Źródła: Nowe rozwiązania w ogniwach PV krzemowych Klasy ogniw krzemowych Co to jest fotoogniwo? Ogniwa fotowoltaiczne, ogniwa słoneczne lub fotoogniwa są to urządzenia, które zamieniają energię promieniowania słonecznego bezpośrednio w energię elektryczną. Budowa ogniw fotowoltaicznych Większość obecnie produkowanych ogniw fotowoltaicznych oparta jest na półprzewodnikowych złączach p-n. Ogniwo słoneczne składa się z dwóch warstw: jednej ujemnie naładowanej i drugiej naładowanej dodatnio. Światło słoneczne padając na ogniwo słoneczne inicjuje reakcję fizyczną, w efekcie której powstaje prąd stały. Jako, że większość urządzeń elektrycznych i sieć energetyczna wykorzystuje prąd zmienny, wyprodukowany prąd stały musi zostać przekonwertowany do prądu zmiennego o właściwym napięciu. Proces ten jest dokonywany za pomocą przetwornika zwanego falownikiem. Opis zjawiska – aby zrozumieć proces powstawania prądu w ogniwie fotowoltaicznym musimy przypomnieć sobie z fizyki naturę światła. Zgodnie z teorią Einsteina, o falowo korpuskularnej naturze promieniowania, światło słoneczne możemy traktować jako fale rozchodzące się w przestrzeni z pewną częstotliwością, lub strumień fotonów (kwantów), z których każdy niesie energię. Fotony zderzając się z elektronami przekazują im całą niesioną przez siebie energię, przy czym przy odpowiednio dużej jej wartości dochodzi do zjawiska fotoemisji, czyli wybicia elektronów z orbit atomowych. Atom który stracił elektron uzyskuje ładunek dodatni „+e”, a miejsce w którym brakuje elektronu nazywamy dziurą (-e). Zjawisko fotoemisji elektronów zachodzi najszybciej w atomach posiadających dużą ilość tzw. elektronów walencyjnych, poruszających się po orbitach najdalej położonych od jądra. Przykładem takiego pierwiastka jest krzem, który posiada na ostatniej powłoce 4 elektrony walencyjne. Krzem chociaż nie jest metalem, ma zdolność do przewodzenia prądu. Przewodność ta jest jednak niewielka, dlatego w technice wykorzystuje się krzem modyfikowany, jako półprzewodnik typu „n” i „p”. Półprzewodnik typu n (negative) uzyskuje się przez dodanie w procesie wzrostu kryształu domieszek pięciowartościowych, czyli takich, które posiadają o 1 elektron walencyjny więcej od krzemu (np. fosfor, arsen, antymon). Ten piąty elektron z powodu braku pary nie będzie brał udziału w tworzeniu wiązania kowalencyjnego. Będzie słabo związany z jądrem, a więc niewielka ilość energii będzie potrzebna, aby zerwać to wiązanie. Półprzewodnik typu p (positive) uzyskuje się analogicznie poprzez dodanie do kryształu pierwiastków trójwartościowych (np. bor, ind, glin), co spowoduje zdekompletowanie jednego z wiązań kowalencyjnych w sieci krystalicznej i powstanie dziur elektronowych. Przy połączeniu ze sobą obu półprzewodników powstaje między nimi różnica potencjałów i zaczyna płynąć prąd. Jego wartość jest niewielka, ale jeśli doprowadzimy do układu energię fotonów różnica potencjałów gwałtownie wzrośnie. Budowa ogniwa fotowoltaicznego Pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne składa się z płytki krzemowej. Na górnej powierzchni płytki umieszczona jest elektroda zbierająca elektrony w postaci siatki, a na dolnej nanoszona jest elektroda dolna w postaci warstwy metalicznej Pojedyncze ogniwa krzemowe wykonywane są o wymiarach 4×4″, 5×5″ i 6×6″, czyli 10×10 do 15x15cm i są w stanie wygenerować prąd o mocy od 1-6,97 W. W praktyce wielkość energii uzyskanej z jednego ogniwa nie przekracza zwykle 4 W. Ogniwa łączy się szeregowo i równolegle w baterie (panele fotowoltaiczne). Jeden panel jest juz w stanie wygenerować moc dochodzącą do 300W. Rodzaje ogniw fotowoltaicznych Ogniwa krzemowe (I generacji) Obserwując na targach panele fotowoltaiczne, z pewnością zauważyliśmy różne kolory i kształty pojedynczych ogniw. Jest to związane z ich budową i procesem produkcyjnym. Najpopularniejsze i mające zdecydowanie największy udział w rynku to ogniwa tzw. I generacji wykonane z płytek krzemowych o grubości od 0,1-0,3mm, stąd inna nazwa grubowarstowe. Ogniwa te posiadają złącze typu n-p i wykonywane są z krzemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego. Ogniwa monokrystaliczne – tworzone są z jednego kryształu krzemu o uporządkowanej strukturze wewnętrznej, osiągają najwyższą sprawność (do 22%) i największą żywotność, ale są kosztowne. Mają obecnie największy udział w rynku. Wytwarzanie ogniw monokrystalicznych wymaga wyprodukowania pojedynczych kryształów krzemu. W praktyce stosowany jest najczęściej proces Czochralskiego polegający na wyciąganiu pojedynczego kryształu krzemu z roztopionej masy polikryształów. Zarodkiem wokół którego narasta stopniowo kryształ krzemu wykonany jest z krzemowego pręta. Tygiel w którym znajduje się hodowany kryształ dodatkowo wprowadzony jest w ruch obrotowy, aby polepszyć rozkład temperatur. W rezultacie otrzymuje się cylindryczny monokryształ o orientacji krystalograficznej zarodka. Wymiary i kształt hodowanego kryształu (średnica oraz długość) kontrolowane są poprzez prędkość przesuwu i prędkość obrotową zarodka, ograniczone są jednak poprzez parametry układu zastosowanego do hodowli. Fot. Proces wzrostu kryształów krzemu zachodzi w temperaturze 1400 C (po prawej), po lewej gotowe pręty krzemowe do pocięcia na płytki. Ryc. Po lewej schemat obrotowego tygla do metody Czochralskiego, po prawej – imponujący kryształ krzemu. Fot. Etapy metody Czochralskiego (1) Topienie materiału, (2) stabilizacja temperatury, (3) Kontakt zarodek-roztop, (4) krystalizacja przedłużenia zarodka, (5) powiększenie średnicy (stożek początkowy), (6) wzrost części walcowej. Szybkość przyrostu kryształu waha się od 10 do nawet 50mm/h. Wyciągnięcie walca o długości 1m trwa zwykle około 30h. Wyhodowany kryształ w kształcie walca cięty jest najpierw na pionowe kolumny o zaokrąglonych bokach, a następnie za pomocą lasera lub druta ze stali nierdzewnej na tzw. „wafle” płytki o grubości 0,3mm i promieniu od kilku do kilkunastu cm. Płytki takie mają ładunek (p-) a technologia tego typu nosi nazwę grubowarstwowej. W pojedynczych płytkach w cienkiej warstwie powierzchniowej za pomocą dyfuzji fosforu wytwarza się obszar typu (n+). Połączenie ze sobą dwóch takich płytek daje złącze (p-n). Krzem krystaliczny, a ściślej jego powierzchnia, ma tendencję do odbijania padających promieni słonecznych (nawet do 40%). Aby temu zapobiec na powierzchnię płytki nanosi się cienką warstwę przeciwodblaskową. Dalsza produkcja polega na naniesieniu ścieżek prądowych z cienkich pasków folii aluminiowej i zabezpieczeniu całego ogniwa przed wpływem warunków atmosferycznych specjalną warstwą folii organicznej EVA (Etyleno Vinylo Acid). Dzięki takiej hermetycznej strukturze ogniwa mogą pracować w instalacjach całorocznych ponad 25 lat. Wyhodowany kryształ w kształcie walca cięty jest następnie za pomocą lasera na płytki o grubości 0,3mm i promieniu od kilku do kilkunastu cm. Płytki takie mają ładunek (p-) a technologia tego typu nosi nazwę grubowarstwowej. W pojedynczych płytkach w cienkiej warstwie powierzchniowej za pomocą dyfuzji fosforu wytwarza się obszar typu (n+). Połączenie ze sobą dwóch takich płytek daje złącze (p-n). Krzem krystaliczny, a ściślej jego powierzchnia, ma tendencję do odbijania padających promieni słonecznych (nawet do 40%). Aby temu zapobiec na powierzchnię płytki nanosi się cienką warstwę przeciwodblaskową. Dalsza produkcja polega na naniesieniu ścieżek prądowych z cienkich pasków folii aluminiowej i zabezpieczeniu całego ogniwa przed wpływem warunków atmosferycznych specjalną warstwą folii organicznej EVA (Etyleno Vinylo Acid). Dzięki takiej hermetycznej strukturze ogniwa mogą pracować w instalacjach całorocznych ponad 25 lat. Rys. Pojedyncze ogniwo monokrystaliczne i fragment panelu. Ogniwa polikrystaliczne – produkowane są zwykle metodą odlewania tyglowego (rys. po lewej). Surowe kawałki krzemu topi się w w tyglu o prostopadłościennym kształcie uzyskując jeden duży blok krzemowy. Ten cięty jest następnie na prostopadłościany i dalej na płytki („wafle”) o grubości <0,2mm. Koszt produkcji jest znacznie mniejszy i mniej energochłonny niż w przypadku metody Chochralskiego, dzięki czemu są tańsze od monokrystalicznych jednak posiadają mniejszą sprawność. Posiadają niebieski kolor oraz mają wyraźnie zarysowane kryształy krzemu przypominające szron. Ze względu na niską cenę obecnie są najczęściej stosowanymi fotoogniwami na rynku. Dalsza obróbka polega na: – szlifowaniu płytek – nałożeniu ścieżek prądowych metodą druku sitowego – nałożenie warstwy antyodblaskowej Sprawność modułów polikrystalicznych wynosi 15-18%. Jest więc niższa niz ogniw monokrystalicznych, ale jednocześnie tańsza w produkcji. Koszt wyprodukowania ogniwa polikrystalicznego wynosi 2,3zł/W podczas gdy monokrystalicznego 2,5zł/W. Fot. Pojedyncze ogniwo polikrystaliczne i fragment panelu. Ogniwa II generacji Są także zbudowane w oparciu o złącze n-p jednak nie z krzemu krystalicznego lecz np. z tellurku kadmu (CdTe), mieszaniny miedzi, indu, galu, selenu (CIGS) czy krzemu amorficznego (a-Si). Ich cechą charakterystyczną jest bardzo mała grubość warstwy półprzewodnika absorbującej światło, która zazwyczaj waha się od 0,001-0,08mm, stąd inna nazwa ogniwa cienkowarstwowe. Z uwagi na dużą redukcję zużycia półprzewodników są znacznie tańsze w produkcji, a cały proces bardziej zautomatyzowany. Ogniwa PV II generacji nie mają ściśle zdefiniowanego materiału z którego są wykonane. Jego struktura może być krystaliczna, jak i amorficzna. Ważniejszy jest proces ich produkcji metodą cienkowarstwową poprzez: – napylanie – naparowywanie – epitaksję Mniejsza grubość warstwy absorbera promieniowania słonecznego powoduje krótszą drogę promienia w materiale, wymuszając aby absorpcja przebiega szybciej, możliwie blisko powierzchni ogniwa. Determinuje to zastosowanie do produkcji tej warstwy materiałów posiadających własności absorpcyjne jak: tellurek kadmu, azotek indu, fosforek indu, itp. Ogniwa III generacji Nie posiadają już klasycznego złącza typu p-n, mechanizm powstawania w nich ładunku elektrycznego jest charakterystyczny dla danego procesu i rozwiązania i ma charakter nowatorski. Obecnie wyróżnia się co najmniej pięć typów takich ogniw: – ogniwa w układach koncentrujących światło (koncentratory PV) – wysokosprawne wielozłączowe struktury półprzewodnikowe – ogniwa uczulane barwnikiem – ogniwa organiczne OPV – inne ogniwa np. perowskitowe Ogniwa III generacji nie mają obecnie większego zastosowania z uwagi na ich nadal krótki czas pracy i często niską sprawność. Charakterystyka wybranych ogniw Ogniwa krzemowe monokrystaliczne Posiadają ciemny jednolity kolor, maja największy udział w rynku. technologia ich produkcji została opisana powyżej. Ogniwa monokrystaliczne mają bardzo wysoką sprawność dochodząca obecnie do 20% i więcej. Osiągają ja jednak tylko w słoneczne, bezchmurne dni. Przy zachmurzeniu ich wydajność bardzo spada. Inną wadą tego typu ogniw jest duży wskaźnik spadku mocy wraz ze wzrostem temperatury wynoszący zwykle od 0,4-0,5%/ºC. Z krzemu monokrystalicznego produkowane są także ogniwa z heterozłączem, które oprócz krzemu monokrystalicznego posiadają także dwie cienkie warstwy krzemu amorficznego (ogniwa typu HIT- Heterojunction with Intrinsic Thin layer). Rozwiązanie takie zapewnia wysoką sprawność dzięki absorbowaniu także światła rozproszonego niskoenergetycznego, występującego w pochmurne dni. Ogniwa typu HIT Moduł Sanyo HIT-N230 zademonstrowany podczas konferencji prasowej Sanyo Electric Solar Division opiera się na wykorzystaniu pojedynczej warstwy monokrystalicznego krzemu typu n, sąsiadującej z bardzo cienkimi warstwami krzemu amorficznego typu n z jednej strony, oraz typu p z drugiej strony. Ogniwa typu Hit ma sprawność na poziomie 22,8% i grubość jedynie 98μm. Tak cienkie ogniowo zmniejsza koszty produkcyjne, czyli główną barierę popularyzacji tej drogi pozyskiwania zielonej energii. Technologia wytwarzania tego typu ogniw pozwala na stosowanie niskich temperatur, co powoduje tylko nieznaczną dyfuzję zanieczyszczeń do płytki bazowej w trakcie napylania poszczególnych warstw. Zaletą ogniw jest dużo wyższa wydajność przy wysokich temperaturach ale również wyższa efektywność przy typowych warunkach pracy. Moduł Sanyo N230 cechuje sprawność, tj. stosunek energii przetworzonej do energii dostarczonej na poziomie 20,7 %. Tak wysoki wynik udało się uzyskać dzięki zwiększeniu liczby połączeń elektrycznych pomiędzy poszczególnymi ogniwami, jednocześnie zmniejszając ich przekrój. Ponadto ogniwa zostały pokryte warstwą srebra, co wpłynęło na zmniejszenie stopnia rozproszenia i odbicia światła. Moduły Sanyo N230 trafiły do sprzedaży detalicznej w Japonii jesienią 2010 roku, a w Europie na początku 2011 roku. Firma Sanyo produkuje ogniwa typu HIT w kształcie klasycznym i zmodernizowanym do kształtu plastra miodu (Honeycomb Design – HD). To ostatnie rozwiązanie pozwala w bardziej wydajny sposób wykorzystać kryształy krzemu. Fot. Wygląd panelu Sanyo HIT H250E01 All Back Contact Innym rozwiązaniem ogniw monokrystalicznych o wysokiej sprawności są ogniwa typu All Back Contact posiadające obie elektrody z tyłu ogniwa. W tego typu ogniwach nie widać na przedniej ściance charakterystycznych nitek elektrod, bowiem obie elektrody umieszczone są na tylnej ściance ogniwa. Pozwala to na większą powierzchnię absorpcji promieniowania i osiąganie sprawności na poziomie ponad 22%. Są to obecnie najwydajniejsze ogniwa fotowoltaiczne w produkcji komercyjnej na świecie. Ich wadą jest skłonność do polaryzacji co prowadzi do degradacji indukowanym napięciem PID (Potential Induced Degradation). Rys. Budowa ogniwa Back kontact. Fot. Wygląd ogniwa po lewej -od tyłu, po prawej od frontu. Ogniwa amorficzne – wykonane są z amorficznego, bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu dyfundowanego wodorem w il ości 8-12% (a-Si:H). Charakteryzują się niską sprawnością w przedziale 6-8% oraz niską ceną. Produkcja ogniwa polega na nakładaniu cienkich warstw krzemu na szkle, stali nierdzewnej lub tworzywach sztucznych. Zazwyczaj posiadają charakterystyczny lekko bordowy kolor i brak widocznych kryształów krzemu. Są powszechnie stosowane w kalkulatorach. Grubość warstwy krzemu naniesionej na taflę szklaną wynosi tutaj do 2 mikronów. Wydajność amorficznej baterii słonecznej krzemowej zazwyczaj spada w ciągu pierwszych sześciu miesięcy pracy (tzw. efekt Staeblera-Wrońskiego SWE). Spadek ten może wynosić od 10% do 30% w zależności od jakości materiału i konstrukcji urządzenia. Większość tej straty ma wpływ na współczynnik wypełnienia FF, który spada z początkowej wartości 0,7 do 0,6.. Po tym początkowym spadku efekt osiąga równowagę i powoduje niewielką degradację. Poziom równowagi zmienia się wraz z temperaturą roboczą tak, że wydajność modułów w miesiącach letnich nieco poprawia się i ponownie spada w miesiącach zimowych. Większość dostępnych w handlu modułów a-Si ma degradację SWE w zakresie 10-15%, a dostawcy zazwyczaj określają wydajność w oparciu o wydajność po ustabilizowaniu się degradacji SWE. Powoduje to, że „świeżo” zamontowane moduły z krzemu amorficznego generują znacznie wyższe moce w początkowym okresie pracy, co może stanowić problem dla falowników. Problem niskiej sprawności paneli z krzemu amorficznego rozwiązano wprowadzając: – nanokrystaliczny krzem zamiast amorficznego krzemu – pracę w wyższej temperaturze. Można to osiągnąć przez włączenie PV do fotowoltaicznego termicznego hybrydowego kolektora słonecznego (PVT). PVT może pracować w wyższych temperaturach niż w przypadku standardowych PV, poprawia to wydajność o ~ 10%. – konstrukcję wielozłączową, zawierającą materiały ułożone jeden na drugim i absorbujące różne części spektrum promieniowania. Zapewniło to uzyskanie wysokich sprawności 17-24%. Zaletą ogniw amorficznych jest stosunkowo wysoka sprawność w pochmurne dni dzięki absorpcji niskoenergetycznego promieniowania, co zapewnia mały spadek mocy paneli amorficznych w porównaniu do monokrystalicznych przy silnym zachmurzeniu. Ogniwa wielozłączowe Wykonane są z mieszaniny pierwiastków np. miedzi, indu, galu, selenu. W technologii produkcji wykorzystuje się nanoszenie warstwowe. W przypadku ogniw CIGS także metodę przemysłowego druku. W tej technologii moduł PV zbudowany jest najczęściej z jednego dużego ogniwa Sprawność powyższych ogniw wynosi odpowiednio: – moduły CdTe – 12-14% (ostatnie dane z 2016 roku firmy First Solar największego światowego producenta mówią już o średniej sprawności rzędu 16,6%) – moduły CIGS – 13-16% – moduły z krzemu amorficznego a-Si – 6-8% Rys. Budowa ogniwa CIGS. Najlepszym obecnie pod względem sprawności materiałem używanym przy produkcji fotoogniw jest arsenek galu (GaAs), osiągający sprawność na poziomie 35%. Jednakże z powodu bardzo drogich technologii nie ma praktycznego zastosowania w przemyśle, prototypowe instalacje zastosowano tylko w kosmonautyce. Schemat struktury CIGS przedstawiono na rys. obok. Warstwę absorbera otrzymuje się przez termiczne naparowanie z czterech źródeł na pokryte metalem szkło sodowe. Metalizacja ta to tylny kontakt omowy ogniwa, do którego podłączone są przewody odprowadzające prąd i stanowi ją cienka warstwa molibdenu – metalu dającego omowy kontakt z CIGS. Ogniwa barwnikowe (DSC lub DSSC) Należące do tej grupy ogniwa bazują na odwracalnym procesie fotochemicznym. Absorberem jest barwnik (organiczny lub nieorganiczny) dobrze pochłaniający promieniowanie poniżej 900 nm. Między dwoma warstwami z przewodzącego tlenku (TCO) umieszcza się membranę z ditlenku tytanu nasyconą elektrolitem (roztwór jodu i jodku potasu) i barwnik. Molekuła barwnika, absorbując foton, podnosi chwilowo swoją energię (ulega wzbudzeniu) i przekazuje ją ditlenkowi tytanu w postaci swobodnegoelektronu, który transportuje ładunek elektryczny do tylnej elektrody TCO. Barwnik ulega redukcji w reakcji z elektrolitem, który z kolei powraca do stanu wyjściowego, pobierając elektron z przedniej elektrody (TCO domieszkowanej platyną). Ogniwa DSC o takiej budowie osiągają laboratoryjną sprawności na poziomie do 11 proc. (ogniwa Graetzla z barwnikiem na bazie polipirydylowych kompleksów rutenu i osmu). Rys. Budowa ogniwa barwnikowego. Niewątpliwą zaletą ogniw uczulanych barwnikiem jest niewielka wrażliwość na zmianę temperatury, wadą zaś konieczność stosowania ciekłego elektrolitu ograniczającego znacznie ich żywotność. Rozwiązaniem tego problemu może być kompromis w zakresie sprawności i trwałości uzyskiwany przez zastosowanie polimerowego elektrolitu żelowego lub rezygnacja z elektrolitu na rzecz stałego półprzewodnika typu p. Potencjał rozwoju technik realizacji ogniw DSC tkwi w niskich kosztach procesu technologicznego i materiału (głównie absorbera) oraz możliwości zastosowania odnawialnych związków organicznych. Pozwalają na zastosowanie w elementach transparentnych jak szyby wystawowe, świetliki Ogniwa organiczne Oparte są na organicznych materiałach półprzewodnikowych (polimerach, oligomerach, dendrymerach), w których podczas absorpcji promieniowania dochodzi do powstawania ekscytonów – par związanych ze sobą ładunków o przeciwnych biegunach. Proces dysocjacji (rozbicia) ekscytonu uwalnia ładunki i umożliwia ich migrację w kierunku elektrod. Do separacji dochodzi w rejonie styku metal – organiczny półprzewodnik, a także na styku materiału organicznego donorowego i akceptorowego. Ogniwa wykonywane są w technice cienkowarstwowej na podłożach szklanych z przednią elektrodą TCO i tylną aluminiową, pełniącą również funkcję zwierciadła. Absorber organiczny może być realizowany w postaci pojedynczej warstwy polimeru, dwóch warstw różnych polimerów z heterozłączem lub ich mieszaniny (heterozłącze – przestrzenne), a także wielowarstwowo. Sprawności ogniw heterozłączowych wynosi przeciętnie od 0,007 do 1 proc., a w przypadku skomplikowanych struktur wielowarstwowych dochodzi do 5 proc. Najważniejszymi atutami ogniw organicznych są: ich znakomita absorpcja dochodząca do 90 proc. na drodze zaledwie 100 nm, nietoksyczność oraz bardzo niskie koszty produkcji. Największe wady to: złożony proces generacji swobodnych nośników ładunku, wysokie straty wewnętrzne, duże ryzyko uszkodzenia w wysokiej temperaturze i niestabilność parametrów w perspektywie długiego czasu użytkowania. W kraju ogniwa organiczne produkowane są przez firmę Konarka pod nazwą „Power plastic” Fotoogniwa power plastic produkowane są ze specjalnego polimerowego atramentu metodą nadruku. Ich wydajność energetyczna jest mała i nie przekracza 6%, podobnie jest z trwałością, szacowaną na 5 lat (krzemowe do 30 lat). Zaletą rozwiązania jest możliwość wykonania dowolnej struktury ogniwa i umieszczenia go na każdej powierzchni o nietypowym kształcie. Fot. Po lewej Ogniwo Konarka. Ogniwa obustronne To rozwiązanie do wąskiego stosowania, dla barierek, szyb wystawowych, ogrodzeń. Ogniwo obustronne posiada warstwy przednią i tylko do absorbowania energii słonecznej. Zwykle konwersja promieniowania strony przedniej jest wyższa niż tylnej. Ogniwa tego typu pozwalają zagospodarować energię światła odbitego. W szczególnych warunkach (kat padania promieni) zysk z ich zastosowania może sięgać od 5-50%. Największą sprawność uzyskują zwykle tam, gdzie panel ustawiony musi być pod kątem 90 do podłoża, a słońce wykonuje długa wędrówkę po niebie. Rys. Po lewej, ogniow obustronne, budowa. U dołu wygląd pojedynczego ogniwa i przykładowe zastosowanie w szybie wystawowej. Ogniwa wykorzystujące inne zjawiska Trwają badania nad wykorzystaniem w konwersji fotowoltaicznej nanostruktur kwantowych (studnie, druty i kropki kwantowe), które umożliwiłyby absorpcję większej ilość energii niesionej przez strumień światła białego bez strat związanych z występowaniem dla danego materiału maksimum czułości tylko dla promieniowania o określonej długości. Poprzez zmiany wymiarów nanostruktur kwantowych można je uczulać na konkretne długości fal – podobnie jak poprzez zmianę barwnika w ogniwach uczulanych barwnikiem. Przewaga nanostruktur wynika z możliwości jednoczesnego uczulenia ogniwa na kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt różnych długości fal. Wytwarzanie struktur kwantowych od kilku do kilkudziesięciu nanometrów jest możliwe tylko przy zastosowaniu bardzo drogich i ściśle kontrolowanych metod epitaksjalnego wzrostu warstw krystalicznych (np. epitaksji z wiązek molekularnych). Koszt może być jednak zniwelowany przez wysoką sprawność ogniw używanych w układzie z koncentratorami. Struktury kwantowe mogą być stosowane zarówno w celu poprawy sprawności krystalicznych ogniw I generacji, jak również w nowych technologiach, np. z elektrolitycznym nośnikiem ładunku. Rys. Budowa ogniwa z kropkami kwantowymi. Na bazie kropek kwantowych zbudowanych jest wiele urządzeń, w tym tranzystory, diody elektroluminescencyjne, lasery, znaczniki medyczne, nośniki leków, ogniwa barwnikowe DSSC (z ang. dye sensitized solar cells). Badacze z LANL oraz UNIMIB zaprojektowali i wykonali tzw. luminescencyjny koncentrator energii promieniowania słonecznego (z ang. luminescent solar concentrator, LSC). Aparatura w formie płyty lub folii polimerowej zawiera centra luminescencyjne, dzięki którym padające promieniowanie słoneczne jest absorbowane. Polimerowa matryca koncentratora pracuje jak światłowód. Ograniczają ją krawędzie, gdzie umieszczone są ogniwa fotowoltaiczne. Zaabsorbowane przez centra (kropki) promieniowanie przesyłane jest do krawędzi koncentratora, gdzie następnie ulega ono konwersji na energię elektryczną. Centra działają jak zbiór pochłaniających światło anten, które skupiają promieniowanie słoneczne zebrane z dużego obszaru na znacznie mniejszą powierzchnię ogniw PV umieszczonych po bokach. Przekłada się to na znaczne zwiększenie intensyfikacji produkcji urządzenie oparte na kropkach kwantowych posiadało wywołane sztucznie, duże oddzielenie pasma absorpcji od pasma emisji (tzw. duże przesunięcie Stokesa). Kropki kwantowe zbudowane były ze struktur selenku kadmu i siarczku kadmu (CdSe/CdS). Absorpcja światła odbywała się przez stosunkowo grubą powłokę z CdS, a emisja następowała dzięki wnętrzu z CdSe. Rozdzielenie funkcji absorpcji i emisji światła między dwoma elementami nanocentrum luminescencyjnego, znacznie zmniejszała straty podczas ponownego wchłaniania promieniowania. Rys. Zasada działania ogniwa z kropkami kwantowymi (Kropki kwantowe absorbują promieniowanie i transportują je przez matrycę z tworzywa sztucznego PMMA do ogniw PV na krawędziach) Tak działające kropki kwantowe umieszczono w przezroczystej polimerowej płycie z polimetakrylanu metylu (PMMA) o wymiarach odpowiadających standardowym szybom. Pomiary spektroskopowe nie wykazały praktycznie żadnych strat podczas przesyłu promieniowania na odległości kilkudziesięciu centymetrów. Ponadto, badania z zastosowaniem symulowanego promieniowania słonecznego dowiodły, że urządzenie posiadało wydajność pochłaniania fotonów na poziomie około 10% (dla oka ludzkiego płyta z kropkami kwantowymi była przezroczysta jak tradycyjna szyba). Perowskity – to materiały o specyficznym ułożeniu siatki krystalicznej. Ich właściwości nie determinuje skład, lecz struktura ułożenia atomów. Nazwę zawdzięczają rosyjskiemu geologowi Lwu Perowskiemu, którego znajomy, Niemiec Gustav Rose, jako pierwszy sklasyfikował ten charakterystyczny układ atomów na podstawie tytanianu wapnia występującego w skałach Uralu. Wydarzyło się to ponad sto lat temu i od tamtej pory wszystko, co ma taki sam układ atomów jak tytanian wapnia, jest nazywane perowskitem. Jak nietrudno się domyślić, jest bardzo dużo różnego typu perowskitów. Jedne występują w naturze (np. w skałach, magmie), inne można wytwarzać w laboratoriach w procesie syntezy chemicznej. Najbardziej interesujące są tzw. perowskity hybrydowe. Oznacza to, że są materiałem po części organicznym, a po części nieorganicznym. Takie połączenie w naturze występuje bardzo rzadko i daje w rezultacie niezwykle unikalne właściwości. Perowskity są świetnymi pochłaniaczami światła. Lepszymi nawet niż dotychczasowy champion arsenek galu, który z kolei jest znacznie lepszy od najbardziej popularnego dzisiaj krzemu. Dzięki temu są w stanie pochłonąć światło w ultracienkich warstwach. Zmniejsza to przynajmniej trzykrotnie zużycie materiału niezbędnego do wyprodukowania takiego ogniwa. Jako że ów materiał wytwarzany jest w procesie syntezy chemicznej z bardzo tanich materiałów startowych, zasoby są, tak jak w przypadku krzemu, teoretycznie nieograniczone. Bardzo praktyczne jest również to, że ogniwa można wytwarzać w procesie mokrej chemii. To znaczy, że na przykład można taki perowskit po prostu nadrukować. Sprawność fotoogniw na bazie perowskitów dochodzi do 20%. Jednak nie to jest najcenniejsze, jest to bowiem materiał, który daje sie nakładać na niemal każdą powierzchnię. Wykorzystując tę technologię niedługo będziemy mogli wykonać fotoogniwo nie tylko na fragmencie dachu ale wręcz na całym dachu. Ogniwem będzie pokryta perowskitem dachówka, czy cała szyba w oknie. Ogniwem może być obudowa laptopa, kadłub jachtu, itp. możliwości są niemal nieograniczone. Rozwojem technologii zajmuje się polska firma Saule Technologies. Rys. Struktura krystaliczna perowskit Kioto Solar Kioto Solar JUŻ JEST! Nasza nowa strona, poświęcona w całości modułom KIOTO! Europejski producent, którego doświadczenie i historia sięga prawie 20 lat. Proces produkcji dopracowany do perfekcji, aby jakość produktów spełniała, a nawet przewyższała światowe normy. Suntech Suntech Światowej Klasy producent krystalicznych modułów fotowoltaicznych. Unikalny design ogniw half cell prowadzi do redukcji rezystancji elektrod i mniejszych prądów, daje lepszy współczynnik FF. Zmniejsza też straty w związku z niedopasowaniem i zużycia komórek oraz zwiększa całkowite […] PVP PVP Moduły, którymi dysponujemy spełniają najwyższe wymogi jakościowe, odznaczają się wysoką sprawnością i długą gwarancją, których potwierdzeniem są liczne certyfikaty. Ogniwa fotowoltaiczne (PV), to produkty, na które zapotrzebowanie w ostatnich latach gwałtownie wzrasta. OEM ENERGY oferuje wysokiej jakości instalacje PV z kompletną obsługą techniczną, projektową oraz montażową. Standardem dla nas jest 12-letnia gwarancja produktowa oraz 25-letnia liniowa. Technologia modułów fotowoltaicznych rozwija się szybko, dzięki większej wydajności i niższym cenom, co powoduje ogromny wzrost popytu. Jednak pomimo ogromnych postępów w technologii, podstawowa konstrukcja paneli słonecznych nie zmieniła się przez lata. Większość modułów fotowoltaicznych nadal składa się z serii krzemowych ogniw krystalicznych umieszczonych między przednią szklaną płytą, a tylną płytą z polimeru z tworzywa sztucznego wspartą na aluminiowej ramie. Po zainstalowaniu moduły fotowoltaiczne są poddawane trudnym warunkom przez okres ich ponad 25 lat. Ekstremalne wahania temperatury, wilgotności, wiatru i promieniowania UV mogą powodować ogromne obciążenie panelu. Dlatego tak ważne jest, aby panele fotowoltaiczne były wytwarzane przy użyciu wyłącznie najwyższej jakości komponentów. Jednym z takich modułów są oferowane przez nas moduły fotowoltaiczne KIOTO Solar. Jest to moduł który posiada nowoczesny, unikalny design, najwyższa odporność na grad na rynku europejskim. Moduł jest spójny z architekturą zarówno domu jednorodzinnego jak i zakładu produkcyjnego. Produkt ten wybierają profesjonalni instalatorzy. Produkt ten dedykowany jest do nietypowych rozwiązań w instalacjach fotowoltaicznych. Ogniwa fotowoltaiczne lub ogniwa PV są wytwarzane przy użyciu krzemowo-krystalicznych płytek, które są podobne do płytek używanych do produkcji procesorów komputerowych. Płytki krzemowe mogą być polikrystaliczne lub monokrystaliczne i są wytwarzane przy użyciu kilku różnych metod wytwarzania. Najbardziej wydajnym typem jest monokrystaliczny (mono). Proces do ich tworzenia jednak jest bardziej energochłonny w porównaniu do polikrystalicznego (poli), a zatem droższy w produkcji. Płytki polikrystaliczne są nieco mniej wydajne i są wytwarzane przy użyciu kilku procesów oczyszczania, a następnie prostszej, tańszej metody odlewania. Moduły fotowoltaiczne wykonane z krzemowych krystalicznych ogniw słonecznych są zdecydowanie najbardziej popularną i najlepiej działającą obecnie technologią słoneczną. Dostępne są inne technologie fotowoltaiczne, takie jak cienkowarstwowe i sitodrukowane ogniwa, ale mają ograniczone zastosowanie lub są wciąż w fazie rozwoju. Moduł fotowoltaiczny składa się z wielu pojedynczych ogniw słonecznych. Właściwości tych komórek określają całkowitą maksymalną moc całego panelu. Energia elektryczna wytwarzana przez moduły fotowoltaiczne jest mierzona w watach. Każdy panel słoneczny ma podaną moc wyjściową w oparciu o moc wyjściową w określonych warunkach nasłonecznienia. Moc wyjściowa modułu fotowoltaicznego zależy od napięcia i prądu generowanych przez jego poszczególne ogniwa. Napięcie to różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami i jest mierzona w woltach. Prąd to pomiar przepływu ładunku elektrycznego przez dany obszar i jest mierzony w amperach. Typowe krzemowe ogniwo słoneczne wytwarza od 0,5 do 0,6 wolta energii. Prąd wyjściowy zmienia się w zależności od wielkości ogniwa. Ogólnie rzecz biorąc, typowe komercyjnie dostępne ogniwo krzemowe wytwarza prąd od 28 do 35 miliamperów na centymetr kwadratowy. Po połączeniu ogniw prąd i napięcie można zwiększyć. Moc jest iloczynem napięcia i prądu. Dlatego większe moduły będą miały większą moc wyjściową (wytwarzały więcej energii) . Ile kosztują moduły fotowoltaiczne? Dokładna cena modułów fotowoltaicznych i inwertera zależy głównie od jego rozmiaru oraz rodzaju i jakości komponentów. Na cenę ma wpływ również rodzaj dachu, na którym montowane są panele słoneczne. Cena jaką należy zapłacić za zestaw to nie tylko cena zakupu produktów, czyli paneli fotowoltaicznych i inwertera, ale także cena montażu fotowoltaiki. Koszt montażu modułu fotowoltaicznego zależy od instalatora i jego doświadczenia oraz miejsca montażu.

płytki krzemowe do ogniw słonecznych