Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne: przegląd materiałów, technologii i sytuacji rynkowej

Transkrypt

1 Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne: przegląd materiałów, technologii i sytuacji rynkowej

2 Przez ostatnie lata, rynek fotowoltaiki rozwijał się, wraz ze sprzedażą niemal zupełnie zdominowaną przez produkty oparte na użyciu płytek krzemowych, podobnych do tych użytych w mikroelektronice. Koszty płytki wylicza się na ponad 50% całkowitego kosztu modułu.

3 Główne klasy technologii cienkowarstwowych bazujące na amorficznym krzemie, fazach nanokrystalicznych i polikrystalicznych oparte na barwnikach metaloorganicznych i na polimerach bazujące na polikrystalicznych tlenowcach związków półprzewodnikowych

4 technologie oparte na amorficzynym i polikrystalicznym krzemie 80% technologie cienkowarstwowe 20% dane z 1997 r. Szybko nasilający się popyt na płytki krzemowe wywoła zmniejszenie zapasów, które zahamują rozwój opartej na płytkach produkcji na co najmniej przyszłe 2 lata. To daje produktowi cienkowarstwowemu okazję na powiększenie swojego udziału w rynku.

5

6 Technologie cienkowarstwowe oparte na krzemie - jednowiązaniowy amorficzny krzem - mechanizm wielokrotnego połączenia amorficznego krzemu - krystaliczny krzem w szkle inne technologie cienkowarstwowe ogniwa na bazie tlenowców - siarczek kadmu - tellurek kadmu - miedziano-indowy dwuselen

7 Jednowiązaniowy amorficzny krzem Amorficzny krzem jest osadzany w niskiej temperaturze w sposób który pozwala przyłączyć około 10% (atomowego) wodoru. Wodór znacznie poprawia jakość materiału. Połączenie struktury p-i-n jest stosowane przy pomocy n- i p-typowych obszarów tworzących pole w i-warstwie należącej do różnicy ich potencjału termodynamicznego w stałej objętości. Pojedyncze ogniwa osadzone na szklanym arkuszu są poprzecznie połączone w serie.

8 (a) pojedyncze połączenie ogniwa słonecznego z amorficznego krzemu; (b) pojedyncze ogniwo osadzone na szklanym arkuszu jest spajane z boku w serie w pokazanym przybliżeniu

9 12 Wspólczynnik wydajności, % FEE-14 BB108D MA100TF TEC/TED FEE-20 EPV-40 ASI-F32 PVL-136 Hybrid ATF-43/50 FS-55/65 Shell ST40 WS11007/80 Zakres nominalnej energii sprawności przetwarzania różnorodnych cienkowarstwowych modułów z 2006 (ciemniejsze górne obszary wskazują zakres produktów spełniających wymagania techniczne)

10 Mechanizm wielokrotnego połączenia amorficznego krzemu Jedną droga dostosowywania zmniejszonej jakości materiału pod wpływem ekspozycji światła jest użycie cieńszych warstw amorficznego krzemu. Jest to możliwe, jeśli dwa lub więcej ogniw ułoży się na wierzchołek innego. Jeśli pasma energetyczne niższych ogniw są mniejsze niż wyższych ogniw, te też dają podwyższone osiągi.

11 Wielokrotne połączenie układanych w stos lub jeden za drugim ogniw słonecznych, gdzie jeden lub więcej aktualnie dopasowanych ogniw jest układanych w stos na wierzchołek kolejnego

12 Nowym rozwiązaniem jest połączenie amorficznego krzemu wierzchniego ogniwa ze spodnim ogniwem, składającym się z dwufazowej mieszaniny amorficznego i mikrokrystalicznego krzemu. Pasmo energetyczne niższego ogniwa jest określone przez obszary krystaliczne w tej mieszaninie faz, i jest podobne do tego z ogniwami opartymi na płytce (1.1 ev).

13 (a) mieszana faz mikrokrystalicznych/amorficznych materiału; (b) pojedyncza faza polikrystalicznej warstewki

14 Krystaliczny krzem w szkle (CSG) Rozwój i uprzemysłowienie alternatywnej krzemowej technologii, obejmującej wysokie temperatury przetwarzania (obróbki) w celu przekształcenia początkowej warstwy krzemu amorficznego na polikrystaliczne warstwy. W efekcie powłoki mają właściwości podobne do tych o polikrystalicznych płytkach, które dominują obecnie w przemysłowym rynku modułów słonecznych.

15 Krystaliczny krzem na szkle (CSG) element struktury ogniwa. Tekstura szkła jest ważną cechą odkąd dopuszczone są bardzo cienkie warstwy krzemu (~1 mikron), chociaż nie jest to pokazane na schemacie

16 Siarczek kadmu Pierwszymi cienkowarstwowymi ogniwami słonecznymi zgłoszonymi do koprodukcji na szeroką skalę były ogniwa oparte na siarczku kadmu. Próby komercjalizacji tej technologii w połowie 1970 i na początku 1980 były nieudane, przypisywanie skutecznej emisji ogniwa i pojawienie się amorficznego krzemu postrzegano jako najlepsze rozwiązanie w tym okresie.

17 Tellurek kadmu Etapy powstawanie ogniwa: 1) warstwa siarczku kadmu osadzana z roztworu na szklany arkusz pokryty warstwą przejrzystego przewodzącego tlenku cyny 2) osadzanie tellurku kadmu na ogniwo w różnych technikach

18 Schemat ogniwa z tellurku kadmu

19 Miedziano-indowy dwuselen (CIS) Technologia CIS gra główna rolę wykonawczą w laboratorium z 19,5% skutecznością wykazaną dla małych ogniw, ale okazała się trudna do komercjalizacji. W odróżnieniu od innych technologii cienkowarstwowych, które są osadzane na podłożu szklanym, technologa CIS zazwyczaj wymaga osadzania na podłożu szklanym, a następnie wzajemnego połączenia.

20 Podstawowa CIS (miedziano indowy dwuselen) struktura ogniwa

21 Inne technologie cienkowarstwowe Przez ostatnie lata możemy obserwować przerwanie działalności z wykorzystaniem organicznych i mieszanych nieorganicznych ogniw. Jeden powszechny wzorzec działalności jest oparty na barwnikach porowatych warstw dwutlenku tytanu, podczas gdy inne opierają się na komercyjnych korzyściach z organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLEDs).

22 Podsumowanie Zwiększony udział modułów cienkowarstwowych ogniw słonecznych na rynku. Potencjalnie niższe koszty produkcji. Podstawą technologii cienkowarstwowych jest krzem w amorficznej, polikrystalicznej lub mieszanej fazie lub tlenowce. Wiele cienkowarstwowych modułów znajduje obecnie zastosowanie w systemach zainstalowanych w Niemczech i Hiszpanii. Kilka technologii cienkowarstwowych już jest dostępnych na rynku, a nowe lada chwila się pojawią.

23 DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ