Opłacalne, wysokowydajne ogniwa słoneczne
W całej Europie na dachach domów i farmach słonecznych można zaobserwować krzemowe (Si) urządzenia fotowoltaiczne (PV), jednak na drodze do ich upowszechnienia stoją koszty i ograniczenia wydajności. Celem finansowanego przez UE projektu "Nanomaterials and nanotechnology for advanced photovoltaics" (NANOPV) było zaproponowanie rozwiązań obecnych utrudnień w produkcji z udziałem wielkoskalowych procesów oraz sprzętu do produkcji PV z nanomateriałów. Konsorcjum zbadało szereg tego typu materiałów, od bezwymiarowych kropek kwantowych, nanokryształów i nanocząsteczek, po jednowymiarowe nanoprzewody i nanopręty, a nawet dwuwymiarowe ultracienkie nanowarstwy. Poza opracowaniem materiałów, w celu zwiększenia wydajności, naukowcy stworzyli opłacalne wielkoskalowe procesy i wyposażenie do integracji z istniejącymi pilotażowymi i przemysłowymi liniami produkcyjnymi. Nanomateriały mogą w dużym stopniu zwiększyć wydajność poprzez lepszą eksploatację widma elektromagnetycznego, wykorzystując szerszy zakres dostępnych długości fali. Ponad 20% wydajności konwersji energii ukierunkowano na płytkowe urządzenia Si, a ponad 15% na epitaksjalne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne na bazie Si. Naukowcy przeanalizowali także tanie ogniwa słoneczne wykonane w całości z nanomateriałów. Spośród ponad 50 poddanych testom materiałów, 9 zintegrowano z płytkowymi urządzeniami Si a 11 z cienkowarstwowymi ogniwami słonecznymi na bazie Si. W niektórym przypadkach zaobserwowano zwiększoną wydajność konwersji. Powstała baza danych najbardziej obiecujących kandydatów, a kilka z nich wytypowano do optymalizacji w ramach projektu. Przykładowo, zespół zoptymalizował wyrób ogniw słonecznych skonstruowanych z krzemowych nanoprętów/nanoprzewodów. W ten sposób uzyskano cienkowarstwowe ogniwa słoneczne o wysokiej wydajności (10%), które nadają się do opłacalnej produkcji na skalę przemysłową. Ponadto włączenie krzemowych nanowarstw do krzemowych konstrukcji ogniw słonecznych zwiększyło wydajność konwersji zarówno architektur płytkowych (> 20%), jak i epitaksjalnych cienkowarstwowych (~ 15%). W projekcie NANOPV zademonstrowano wykonalność niskokosztowych urządzeń PV o wysokiej wydajności przy użyciu nanomateriałów. Projekt przyczynił się do stworzenia bezpiecznego, opłacalnego i zrównoważonego sposobu na czerpanie energii ze Słońca przy użyciu technologii, która podniesie konkurencyjność UE na rynku przygotowującym się do wielkiego przełomu.
Słowa kluczowe
Ogniwa słoneczne, krzem, fotowoltaiczny, nanomateriały, nanoprzewody, nanopręty
