Výzkumní pracovníci z Fraunhoferova institutu pro solární energetické systémy společně se společností EVG vyvinuli solární více-přechodový článek na křemíkové bázi, který dokáže přeměnit jednu třetinu energie obsažené v dopadajícím slunečním záření na elektrickou energii. Podle institutu se jedná o nový rekord pro tento typ článku. Výsledek byl prezentován na stránkách institutu a v renomovaném časopisu Nature Energy.

Křemíkové články v současnosti dominují globálnímu fotovoltaickému trhu s podílem zhruba 90 %. Výzkum na tomto poli se již blíží teoretické mezní účinnosti, která je daná vlastnostmi polovodičového křemíku. Zároveň se ale otvírají možnosti pro vývoj nové generace článků, které budou mít vyšší účinnost.

Vědci z Fraunhoferova institutu dosáhli vysoké účinnosti vícevrstvých fotovoltaických článků na bázi křemíku spojením s extrémně tenkými 0,002mm polovodičovými vrstvami ze sloučenin P a N polovodičů, které jsou propojeny s křemíkovým solárním článkem. Pro srovnání, tloušťka těchto vrstev je menší než jedna dvacetina tloušťky lidského vlasu. Viditelné světlo je absorbováno v horní vrstvě tvořené galium indium fosfidem (GaInP), vlny blízké infračervenému světlu jsou přeměněny ve vrstvě galium arsenidu (GaAs) a delší vlnové délky ve spodní křemíkové vrstvě. Tímto způsobem je rozšířeno vlnové spektrum, které jsou křemíkové články schopné přeměnit na energii.

“Fotovoltaika je klíčovým pilířem přeměny energetiky. Poslední dobou se její náklady snížily natolik, že se nyní stala ekonomicky životoschopným konkurentem konvenčních zdrojů energie. Tento vývoj stále ještě neskončil. Nový výsledek  ukazuje, jak může být materiálová spotřeba snížena díky vyšší efektivnosti, takže je možno dále optimalizovat nejen náklady na fotovoltaiku, ale také její výroba může být uskutečněna způsobem šetrným k životnímu prostředí.” Dr.Andreas Bett, ředitel Fraunhoferova institutu.

Více vrstev s různou absorpční schopností

Naposledy, přesně před rokem, vědci ze stejného institutu dosáhli účinnosti 31,3 %. Letošní pokrok byl uskutečněn díky procesu známého z mikroelektronického průmyslu, který se nazývá “direct wafer bonding”. Při procesu jsou na podložku z křemíku nanášeny přímo vrstvy polovodičů z III. a z V. skupiny o tloušťce pouhých 1,9 mikrometrů.

Pro použití této technologie jsou povrchy ve vysokém vakuu vakuu nejdříve deoxidovány iontovým svazkem a následně pod tlakem spojeny. Atomy na povrchu polovodičů III. a V. skupiny se spojují s atomy křemíku, čímž vzniká monolitický materiál. Složitost vnitřní struktury není navenek vůbec znát – destička má jednoduchý přední a zadní kontakt stejně jako běžný křemíkový článek a proto může být do fotovoltaických modulů integrována stejným způsobem.

Vyvinutý solární článek se tedy skládá z řady dílčích článků, které jsou naskládány na sebe. Takzvané diodové tunely propojují tři podvrstvy (GaInP, GaAs a křemíkovou). Horní vrstva absorbuje záření o délkách 300-670 nm, střední vrstva GaAs přeměňuje energii z vln o délce 500-890 nm a podkladová křemíková vrstva potom 650-1180 nm.

Aby tato nová technologie mohla být nasazena masivněji v průmyslu, bude zapotřebí snížit náklady na epitaxi vrstev polovodičů III. a V. skupiny, dále musí dojít ke zlevnění propojení vrstev s podkladovou křemíkovou vrstvou. Toto jsou největší problémy bránící okamžitému nasazení výsledku Frauenhoferova institutu do praxe. Vědci nicméně doufají, že se jim brzy povede uvést na trh moduly s celkovou účinností přesahující 30 %.

Rekordní účinnosti různých typů slunečních článků zaznamenávané Národní laboratoří pro obnovitelnou energii ve Spojených státech [viz http://www.nrel.gov/].
Rekordní účinnosti různých typů slunečních článků zaznamenávané Národní laboratoří pro obnovitelnou energii ve Spojených státech zdroj: http://www.nrel.gov
Zdroj úvodní fotografie: Fraunhofer ISE, autor: Dirk Mahler

Komentáře

0 komentářů ke článku "undefined"

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *