Amerykańscy naukowcy z Narodowego Laboratorium Energetyki Odnawialnej (NREL) stworzyli ogniwo fotowoltaiczne charakteryzujące się sprawnością o wartości 47.2% w warunkach skoncentrowanego światła (143-krotne stężenie światła słonecznego). Wydajność konwersji energii tego ogniwa przy oświetleniu bez koncentracji wynosi 39,2%. Czy ogniwo ma potencjał do wykorzystania na masową skalę?

Ogniwa wielozłączowe i ich sekret wydajności

Ogniwa jednozłączowe, takie jak ogólnodostępne ogniwa monokrystaliczne, polikrystaliczne czy amorficzne ograniczone są teoretyczną sprawnością wynoszącą około 30%.

Utworzone ogniwo należy do grupy ogniw wielozłączowych. W tym przypadku można osiągnąć znacznie wyższą wydajność. Ogniwo to składa się z sześciu warstw światłoczułych. Każda warstwa przechwytuje energię słoneczną z określonej części widma światła słonecznego. Przekłada się to na wzrost sprawności konwersji energii.

Tak wysoka sprawność niemal dwukrotnie przewyższa wartością sprawność ogniw jednozłączowych monokrystalicznych produkowanych obecnie na skalę przemysłową.

Fotowoltaika koncentracyjna

Naukowcy twierdzą, że zastosowanie ich ogniwa w fotowoltaice koncentracyjnej pozwoli osiągnąć 50% sprawność. Fotowoltaika koncentracyjna opiera się na zasadzie skupiania światła słonecznego na małych, wysoce wydajnych wielozłączowych ogniwach słonecznych.

Złącza ogniw wielowarstwowych wytworzone są z materiałów składających się ze stopów półprzewodników grup III-V układu okresowego. Ograniczenia uniemożliwiające osiągniecie 50% sprawności wynikają z zbyt dużej rezystancji, utrudniającej przepływ prądu.

Badania trwają, ale gdzie takie ogniwa znajdą popyt?

W przeszłości badacze NREL współpracowali z naukowcami z Koreańskiego Zaawansowanego Instytutu Nauki i Technologii (Korea Advanced Institute of Science and Technology). Owocem tej współpracy była metoda produkcji słonecznych ogniw trójzłączowych z arsenku galu z substratem germanowym wielokrotnego użytku. Opracowana metoda miała pozwolić na obniżenie kosztów produkcji ogniw z arsenku galu (GaAa cells).

Ponadto NREL ma za sobą także projekty ogniw trójzłączowych. W zeszłym roku ogniwo powstałe we współpracy naukowców NREL z Microlink Devices z Illinois w USA osiągnęło rekordową wydajność 37,75%. Ogniwo charakteryzowało się gęstością mocy na poziomie 3000 [W/kg], co stanowiło rekord świata spośród wszystkich technologii ogniw fotowoltaicznych.

Technologia ta została udostępniona m.in. do Airbus Defence and Space. Służy do zasilania bezzałogowego pojazdu powietrznego, zasilanego energią słoneczną Airbus Zephyr.

Niewątpliwie kluczową rolę ogniwa wielozłączowe odegrają w projektach, w których istotnym parametrem jest współczynnik mocy do wagi. Stąd głównymi zainteresowanymi ogniwami wielozłączaowymi są przemysł lotniczy i kosmiczny.

Źródło: pv-magazine.com
Źródło zdjęcia: NREL scientists John Geisz (left) and Ryan France.
Image: Dennis Schroeder, NREL

Redakcja GLOBEnergia