Naukowcy z Osaka University opracowali technologię zmniejszania odbić, która umożliwia panelom fotowoltaicznym uzyskanie większej wydajności. Opiera się ona na tworzeniu „szorstkiej” powierzchni, niezwykle efektywnie pochłaniającej promieniowanie słoneczne. W ten sposób osiągana jest taka sama wydajność, co w przypadku tradycyjnych ogniw fotowoltaicznych, jednak przy znacząco niższych kosztach produkcji.

W kierunku zwiększania wydajności i redukcji kosztów – mikrostruktury jako rozwiązanie

Koszt energii produkowanej z promieniowania słonecznego za pomocą paneli fotowoltaicznych zależy od dwóch czynników: wielkości uzysku energii z paneli (im większy, tym lepiej) oraz kosztów produkcji urządzeń (powinny być tak niskie, jak to tylko możliwe). Obecnie, inżynierowie poszukują nowych sposobów na zwiększanie wydajności fotowoltaiki. Niestety, w większości przypadków zwiększona wydajność pociąga za sobą wyższą cenę paneli.  Kolejnym przełomowym krokiem naprzód w stronę tańszej energii słonecznej jest odkrycie badaczy z Osaki, którzy wymyślili tani sposób eliminowania odbić promieni słonecznych od powierzchni ogniw. Stworzyli niedrogie ogniwa fotowoltaiczne osiągające takie same wyniki wydajności jak ich droższe, dużo bardziej skomplikowane odpowiedniki.

Zmniejszanie odbicia poprzez unikalną, szorstką powierzchnię

Niezmodyfikowane ogniwa fotowoltaiczne odrzucają część energii słonecznej w formie odbicia, dlatego większość paneli fotowoltaicznych posiada swego rodzaju warstwę antyrefleksyjną” – wyjaśnia wynalazca Daichi Irishika. „Aby uniknąć używania tych dodatkowych pokryć [aby w ten sposób zmniejszyć koszty produkcji – przyp. red.], stworzyliśmy submikronową strukturę, używając po prostu modyfikacji na mokro bezpośrednio na powierzchni krzemowej. W ten sposób ogniwo zyskuje własną, antyrefleksyjną powierzchnię„. Powłoki antyrefleksyjne, podobne do tych stosowanych w okularach do czytania, mogą umożliwić pochłanianie większej ilości światła przez ogniwa fotowoltaiczne i w ten sposób zwiększyć uzysk energii. Niestety, do tej pory produkowane powłoki antyrefleksyjne były drogie, zwłaszcza w przypadku pokrywania nimi większej powierzchni. Znacząco podnosiło to cenę paneli fotowoltaicznych. Wytrawienie powierzchni ogniwa w taki sposób, aby sama stała się warstwą antyrefleksyjną, eliminuje ten problem. Polega to na stworzeniu szorstkiej mikrostruktury eliminującej odbicia w niezwykle efektywny sposób.

Niedroga technologia zmieni przyszłość fotowoltaiki

Naukowcy z Osaki już wcześniej opracowali technologię wytwarzania ogniw krzemowych o niskim współczynniku odbicia,  znacznie tańszą niż do tamtej pory  znane sposoby. Oparta ona była na metodzie SSCT (surface structure chemical transfer), umożliwiającej produkowanie tzw. czarnego  krzemu. Wystawiając wierzchnią stronę krzemowych ogniw na działanie określonych substancji chemicznych powodowało powstawanie maleńkich struktur – dosłownie submikronowych rozmiarów. Takie struktury zapobiegały odbijaniu światła przez ogniwo i sprawiały, że jego powierzchnia wydawała się być całkowicie czarna i matowa. W pierwotnej wersji ta struktura wyglądała jak szpiczaste rowki (kształt „zygzaka”), obecnie bardziej przypomina rozproszony gradient. Nowa metoda jednocześnie, podczas wytrawiania powierzchni, wytwarza układ P-N umożliwiający produkcję energii poprzez efekt fotowoltaiczny.

Schemat funkcjonowania mikrostruktur  źródło: Osaka University

Kompleksowa praca nad ulepszaniem technologii fotowoltaicznych, czyli czarny krzem

Przyciągnąwszy uwagę swoimi poprzednimi sukcesami, w tej chwili naukowcy z Osaki skupiają się na „dolnej” stronie ogniwa. Stworzyli bardziej nierówne, chropowate mikrostruktury, mające na celu efektywne wyłapywanie większych ilości promieniowania podczerwonego. Lider grupy badawczej, Hikaru Kobayashi mówi: „Wytwarzanie bardzo wysoce wydajnych ogniw fotowoltaicznych jest ważne, ale powinniśmy również pamiętać o ekonomicznym i praktycznym aspekcie każdego z elementów procesu ich produkcji. Technologia „na mokro”, jaką stworzyliśmy, jest prosta i efektywna. Nasze badania nad tzw. czarnym krzemem mają zastosowanie w realnym życiu – umożliwiają stworzenie bardzo efektywnych ekonomicznie krzemowych paneli fotowoltaicznych”.

 

Źródła: phys.org; Osaka University

Redakcja GLOBEnergia