Fotowoltaika zbliża się do granicy sprawności. Czy przeskoczymy 30%?

• Krzem zbliża się do swojego limitu. Teoretyczna maksymalna sprawność pojedynczego ogniwa krzemowego wynosi około 29,4%, a najlepsze moduły osiągają dziś około 24–25%.
• Technologia back contact wciąż jest rozwijana. Przeniesienie kontaktów elektrycznych na tył ogniwa pozwala ograniczyć straty i poprawić efektywność modułów.
• Ogniwa tandemowe mogą zmienić rynek PV. Połączenie krzemu z perowskitem pozwala wykorzystać większą część widma światła i przekroczyć ograniczenia klasycznych ogniw.

Sprawność modułów fotowoltaicznych przez lata rosła głównie dzięki udoskonalaniu technologii krzemowych. Dziś jednak branża zbliża się do granicy wyznaczonej przez fizykę. Producenci coraz częściej zadają więc pytanie: co dalej? Ten temat pojawił się także podczas Forum Solar+, które odbyło się w trakcie Targów ENEX w Kielcach, gdzie eksperci dyskutowali o przyszłości technologii modułów PV.

Granica sprawności ogniw krzemowych

Fotowoltaika oparta na krzemie osiągnęła w ostatnich latach imponujący poziom efektywności. Jednak nawet najlepsze technologie mają swoje ograniczenia.

“Teoretyczna maksymalna sprawność pojedynczego, zwykłego ogniwa krzemowego wynosi 29,4%. Tak naprawdę jedyną technologią, która może się zbliżyć do tej wartości, to jest technologia back contact, czyli kolejna iteracja technologii od TopConowej czy HJT” – Rafał Niestępski z LONGi Solar.

Technologia back contact polega na przeniesieniu wszystkich kontaktów elektrycznych na tylną stronę ogniwa. Dzięki temu na jego powierzchni nie ma metalowych ścieżek, które zasłaniają część światła słonecznego. W praktyce oznacza to wyższą sprawność oraz bardziej równomierną pracę ogniwa. Obecnie najlepsze moduły komercyjne osiągają sprawność około 24-25%, co oznacza, że branża jest już bardzo blisko teoretycznego limitu dla krzemu.

Kolejne generacje technologii back contact

Choć technologia back contact jest jedną z najbardziej zaawansowanych form wykorzystania krzemu, producenci nadal próbują ją udoskonalać. Chodzi zarówno o poprawę sprawności, jak i stabilności pracy ogniw w długim okresie.

"Kolejna rzecz, jeżeli chodzi o przyszłość modułów fotowoltaicznych, to tak naprawdę my już teraz pracujemy nad kolejną iteracją back contactu, żeby jeszcze bardziej zbliżyć się do tej teoretycznej sprawności i przeskoczyć te 25%, które aktualnie osiągamy" – mówił Rafał Niestępski. Tak więc nawet w technologii uznawanej za bardzo dojrzałą wciąż istnieje przestrzeń do optymalizacji – zarówno w strukturze ogniw, jak i w materiałach wykorzystywanych do ich produkcji.

Ogniwa tandemowe – następny etap rozwoju fotowoltaiki

Prawdziwą zmianę w branży może jednak przynieść zupełnie inny kierunek rozwoju – ogniwa tandemowe: "Na horyzoncie mamy już ogniwa tandemowe. Ogniwo tandemowe to jest połączenie zwykłego ogniwa krzemowego z ogniwem perowskitowym. Dzięki temu możemy połączyć oba materiały i przeskoczyć te 29,4%" – prognozuje Rafał Niestępski.

Ogniwo tandemowe składa się z dwóch warstw materiałów półprzewodnikowych. Dolną warstwę stanowi klasyczne ogniwo krzemowe, które dobrze absorbuje część widma światła słonecznego. Na nim umieszczana jest cienka warstwa perowskitu – materiału, który efektywnie wykorzystuje inne długości fal. Dzięki temu jeden moduł może zamienić na energię elektryczną większą część promieniowania słonecznego niż tradycyjne ogniwo krzemowe. W laboratoriach sprawność takich konstrukcji przekracza już 34%, choć wciąż trwa praca nad ich trwałością i produkcją na dużą skalę.

• Zobacz również: Jak powstają hotspoty i dlaczego są groźne? Wpływ zacienienia na moduły PV

Fotowoltaika wchodzi w nową fazę rozwoju

Branża PV stoi dziś przed podobnym wyzwaniem jak wiele innych sektorów technologicznych – klasyczne rozwiązania osiągają granice swoich możliwości. Dlatego producenci równolegle rozwijają dwie ścieżki. Z jednej strony dalej udoskonalają krzemowe technologie, takie jak back contact czy TopCon. Z drugiej – intensywnie pracują nad nowymi architekturami ogniw, w tym właśnie nad rozwiązaniami tandemowymi. To właśnie one mogą w kolejnej dekadzie wyznaczyć nowy kierunek rozwoju fotowoltaiki.

Opracowano na podstawie Forum Solar+
Zdjęcie główne: LONGi Solar