Jakie są nowoczesne technologie ogniw – TOPCon, HJT, perowskity. W tekście przyjrzymy się szerokiemu spektrum zagadnień związanych z fotowoltaiką, obejmujących zarówno klasyczne rozwiązania oparte na krzemie, jak i rewolucyjne materiały perowskitowe.
Zasady działania technologii ogniw słonecznych
Podstawą działania systemów fotowoltaicznych jest zjawisko fotoelektryczne, polegające na generowaniu prądu elektrycznego w wyniku padającego promieniowania słonecznego. W typowej strukturze ogniwa krzemowego tworzy się połączenie typu p–n, w którym warstwa domieszkowanego krzemu o przewadze elektronów (n) stykana jest z warstwą o przewadze dziur (p). Absorpcja fotonów prowadzi do wybicia elektronów z sieci krystalicznej i wytworzenia nośników ładunku, które kierują się w pole elektryczne złącza, generując prąd.
- Warstwa antyodblaskowa: zapewnia lepszą absorpcję światła.
- Złącze p–n: kluczowe dla separacji ładunków.
- Elektrody: transportują prąd do obwodu zewnętrznego.
W praktyce dąży się do minimalizacji strat związanych z rekombinacją nośników i refleksją światła, co skutkuje wyższą efektywnością.
TOPCon – przewaga dzięki pasywowanym kontaktom
TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) to metoda polegająca na zastosowaniu cienkiej warstwy tlenku krzemu pomiędzy krzemową płytką a warstwą przewodzącą. Taka pasywacja znacząco ogranicza rekombinację w obszarze złącza, co przekłada się na wyższą sprawność ogniwa.
Zalety TOPCon
- pasywacja powierzchni: niższa strata nośników.
- Redukcja defektów: poprawa jakości ogniwa.
- Łatwość integracji: kompatybilność z istniejącymi liniami produkcyjnymi.
Dzięki tej technologia producenci mogą osiągać wartości powyżej 23% sprawności, przy zachowaniu stabilności i długowieczności modułów.
HJT – heterozłącza dla ultrawysokiej sprawności
HJT (Heterojunction Technology) łączy krystaliczny krzem typu monokrystalicznego z cienkowarstwowym krzemem amorficznym. Taka hybrydowa konstrukcja łączy zalety obu form krzemu: niską rekombinację z warstw amorficznych i wysoką mobilność z krzemu monokrystalicznego.
Kluczowe cechy HJT
- Warstwy amorficzne: doskonała pasywacja powierzchni.
- Monokrystaliczna baza: wysoka przewodność nośników.
- Podwójne złącza: lepsze wykorzystanie spektrum słonecznego.
Technologia HJT pozwala osiągać rekordowe >25% sprawności ogniw laboratoryjnych, choć w masowej produkcji wartość ta oscyluje w granicach 23–24%.
Perowskity – nowa era ogniw słonecznych
Perowskity to klasa materiałów o strukturze ABX₃, gdzie A i B to kationy, a X to anion (najczęściej halogen). Ogniwa perowskitowe przyciągają uwagę naukowców dzięki łatwej syntezie, niskim kosztom produkcji i rosnącym wskaźnikom sprawności przekraczającym 25%.
Zalety i wyzwania perowskitów
- Wysoki współczynnik absorpcji: mniej wpływu grubości warstwy.
- Elastyczność zastosowań: od modułów sztywnych po lekkie i giętkie ogniwa.
- Niska stabilność: problemy z wilgocią i temperaturą.
- Toksyczność ołowiu: wyzwanie środowiskowe.
Prace nad perowskitami trwają przede wszystkim w obszarze poprawy stabilności i eliminacji szkodliwych pierwiastków, co otwiera drogę do komercjalizacji.
Wyzwania i perspektywy rozwoju
Rozwój technologii fotowoltaicznych niesie ze sobą również istotne wyzwania, takie jak degradacja materiałów, recykling zużytych modułów czy skalowalność produkcji.
- degradacja: wpływ czynników atmosferycznych na wydajność.
- recykling: odzysk surowców z wyeksploatowanych paneli.
- Globalne łańcuchy dostaw: zapewnienie dostępności surowców.
Jednocześnie postęp technologiczny i innowacje w obszarze powłok antyrefleksyjnych, systemów magazynowania energii oraz inteligentnych sieci tworzą sprzyjające warunki do dalszego wzrostu udziału fotowoltaiki w miksie energetycznym świata.
