W ostatnim czasie producenci ogniw PV podejmują działania w kierunku zwiększenia wielkości produkcji ogniw w technologii PERC w celu wytworzenia wysokowydajnych paneli słonecznych i prześcigają się w biciu rekordów sprawności. Ogniwa PERC to od niedawna gorący temat w sektorze PV. Dużo się o tym mówi i słyszy, jednak mało kto wie, na czym właściwie polega to innowacyjne rozwiązanie.  Poniżej przedstawiono kilka kluczowych zagadnień, które wyjaśniają, na jakiej zasadzie działają ogniwa wykonane w technologii PERC.

  1. Co oznacza PERC?

Technologia PERC (z ang. Passivated Emitter and Rear Cell) w języku polskim jest określana jako technologia pasywacji emitera tylnej części ogniwa.

  1. Co to jest?

Technologia ogniw typu PERC określa konstrukcję ogniwa słonecznego, która różni się od budowy standardowego ogniwa, wykorzystywanej przez kilka ostatnich lat.

Obecnie większość produkowanych ogniw z krystalicznego krzemu ma strukturę taką jak zaprezentowana poniżej.

Tradycyjne krzemowe ogniwo PV

Uproszczona struktura standardowego ogniwa PV, źródło: PV Pportal

Standardowe ogniwo składa się z takich części, jak: górne elektrody ujemne ze srebra (Ag), warstwa antyrefleksyjna,  półprzewodnik typu n, wafle krzemowe z domieszką boru, które tworzą złącze typu p-n, półprzewodnik typu p, aluminiowe elektrody dodatnie.

Ogniwo typu PERC posiada dodatkową warstwę dielektryka, dzięki której zwiększona jest  efektywność ogniwa, odbijającego każde światło docierające do dolnej warstwy płytki bez wygenerowania elektronu z powrotem w głąb ogniwa. Poprzez to odbicie, fotony mają drugą szansę na wytworzenie prądu.

Technologia PERC pozwala zatem na ulepszenie procesu wychwytywania promieniowania słonecznego i zoptymalizowanie gromadzenia elektronów.

Ogniwo krzemowe PERC

Uproszczony schemat ogniwa typu PERC, źródło: PV Portal

  1. Jakie są korzyści technologii?

Główną korzyścią struktury ogniwa typu PERC jest to, że umożliwia producentom  osiągnięcie wyższych wydajności niż w przypadku standardowych ogniw PV. Biorąc pod uwagę obecny stan technologii, możliwe jest osiągnięcie do 1% całkowitego zysku pod względem wydajności. Zysk ten powoduje redukcję kosztów, również na poziomie całego systemu. Należy pamiętać, że Świętym Graalem jest ogniwo o ulepszonej sprawności przy jednoczesnym zminimalizowaniu kosztów, zaś wzrost wydajności przyczynia się właśnie do zmniejszenia kosztów.

  1. Czy technologia jest zupełnie nowym rozwiązaniem?

Konstrukcja typu PERC nie jest właściwie całkiem nowa. Po raz pierwszy została zademonstrowana na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii (UNSW) w Australii już w 1983 roku, a pierwsza publikacja na ten temat pojawiła się w 1989 roku. Z racji tego, że ów koncept ogniwa oferował największy potencjał osiągnięcia wysokich wydajności, UNSW posłużył się nim, wielokrotnie bijąc rekordy wydajności na światową skalę, sięgając 25%. Dwiema konkurencyjnymi technologiami były: technologia Back Contact, spopularyzowana przez Sunpower oraz technologia HIT, skomercjalizowana przez Panasonic.

  1. Dlaczego teraz?

Należy zaznaczyć, że standardowa konstrukcja ogniw PV była w użyciu od połowy lat 80. Od tego czasu technologia ulegała stopniowym udoskonaleniom. Minęło prawie 30 lat, zanim przemysł dogonił wydajności osiągnięte na poziomie badań.

Zawsze istnieje pewna różnica między sprawnościami osiąganymi na poziomie badań, a na poziomie produkcji na skalę przemysłową. Aktualny rozwój technologii PERC wiąże się z sytuacją ekonomiczną. W ciągu ostatnich 30 lat stopniowe udoskonalenia wprowadzane do technologii standardowych ogniw PV były ekonomicznie i technicznie możliwe do zrealizowania. Obecnie, gdy standardowa technologia osiąga swoje limity, a technologiczne „know- how” do wdrożenia technologii PERC jest dostępne, możliwe jest ustanowienie nowej platformy dla produkcji wysokowydajnych paneli słonecznych.

  1. Wyzwania związane z technologią PERC

Jak w przypadku każdej nowej technologii, wyzwaniem stojącym przed technologią PERC jest możliwość wprowadzenia produktu na masową skalę. W szczególności można wyróżnić dwa istotne problemy. Pierwszy z nich tyczy się tzw. degradacji wywołanej światłem (z ang. Light Induced Degradation, LID). LID jest zjawiskiem powodującym utratę przez moduł pewnego ułamka wielkości mocy po pierwszej ekspozycji na promieniowanie świetlne. Z uwagi na stosowanie większych ilości domieszek w ogniwach typu PERC, negatywny efekt związany z LID jest zwiększony w przypadku tej technologii. Drugą sprawą jest tzw. degradacja indukowanym napięciem (z ang. Potential Induced Degradation, PID), w szczególności w przypadku polikrystalicznych ogniw typu PERC. Tego rodzaju defekt może całkowicie zniszczyć wydajność całego systemu. Dlatego ważne jest, by się upewnić, czy dany moduł posiada certyfikat IEC TS 62804 poświadczający odporność na PID.

Czołowi producenci PV prześcigają się w biciu rekordów wydajności. W lipcu 2016 roku Trina Solar ustanowiła rekordową sprawność (20,16%) produkowanych na skalę przemysłową polikrystalicznych ogniw krzemowych typu PERC. W grudniu natomiast ten sam producent pobił rekord sprawności dla monokrystalicznych ogniw typu PERC, osiągając wydajność równą 22,61%. PERC jest coraz częściej adaptowaną technologią przez wszystkie fabryki PV na świecie i przewiduje się, że ogniwa PERC staną się wkrótce podstawowym standardem fotowoltaicznym na światowym rynku.

Opracowanie: Julia Zapilaj

Na podstawie: Aleo Solar, PV Portal

 

 

 

Julita Zapilaj

Redaktor GLOBEnergia