211service.com
Alta Devices bije rekord ogniw słonecznych
Startup, który od kilku lat pracuje w trybie ukrycia, twierdzi, że osiągnął rekordową wydajność ogniw słonecznych na poziomie 28,2 procent, zbliżając się do teoretycznego maksimum 33,5 procent. Poziom ten jest o około 2 punkty procentowe wyższy od rekordu ustanowionego w zeszłym roku – to duży postęp w branży, która zwykle mierzy poprawę w dziesiątych częściach procenta. Alta Devices, założona w 2007 roku z siedzibą w Santa Clara w Kalifornii, twierdzi, że jej innowacyjne techniki nadają się do produkcji na dużą skalę.
Poprawa wydajności jest niezbędna, jeśli energia słoneczna ma być konkurencyjna w stosunku do paliw kopalnych. Zwiększenie mocy wyjściowej poszczególnych ogniw słonecznych zmniejsza liczbę ogniw potrzebnych na instalację, a także obniża koszty takich rzeczy, jak instalacja, okablowanie i elektronika do podłączenia paneli do sieci.
Naukowcy z Alta Devices pracowali z arsenkiem galu, aby poprawić nieodłączne właściwości, które sprawiają, że jest to niemal idealny materiał na ogniwa słoneczne, mówi Harry Atwater, profesor fizyki stosowanej w Caltech i współzałożyciel firmy. Kiedy ogniwo słoneczne pochłania światło słoneczne, część energii słonecznej generuje elektrony, które są szybko pobierane z ogniwa w celu wytworzenia elektryczności. Jeśli elektrony nie są pobierane wystarczająco szybko, rozpadają się, uwalniając swoją energię w postaci ciepła lub światła. Utrata energii w postaci ciepła zmniejsza zarówno napięcie, jak i natężenie prądu, jakie może wytwarzać ogniwo, zmniejszając moc wyjściową. Ale jeśli zamiast tego elektron wytwarza światło, światło może zostać ponownie pochłonięte przez ogniwo słoneczne, aby wygenerować kolejny elektron, dając kolejną szansę, aby energia ze światła słonecznego stała się elektrycznością.
W arsenku galu prawie wszystkie elektrony wytwarzają światło, a nie ciepło. W przykładach materiału najwyższej jakości cykl produkcji i reabsorpcji światła może zachodzić 100 razy na przychodzący foton, co zapewnia wysokie prawdopodobieństwo, że wyprodukowany elektron zostanie ostatecznie wyekstrahowany w celu wygenerowania elektryczności. Aby osiągnąć rekordową wydajność ogniw słonecznych, badacze z Alta Devices opracowali chemiczne sposoby usuwania pęknięć w materiale, które w przeciwnym razie mają tendencję do wychwytywania elektronów i uwalniania ich energii w postaci ciepła. Pracowali również nad poprawą powierzchni z tyłu komórki, aby zapewnić, że generowane fotony będą odbijane z powrotem do materiału, zwiększając w ten sposób prawdopodobieństwo, że wygenerują energię elektryczną.
Co istotne, naukowcom udało się osiągnąć wysoką wydajność dzięki technikom, które według Atwater można wykorzystać w niedrogiej produkcji. Ogniwa słoneczne z arsenku galu są drogie w produkcji, ponieważ są wykonane z bardzo wysokiej jakości płytek półprzewodnikowych, podobnych do tych stosowanych w chipach komputerowych. Aby obniżyć koszty, Alta Devices używa techniki zwanej epitaksjalnym podnoszeniem, której wczesna wersja została zapoczątkowana przez współzałożyciela Alta Devices Eli Yablonovitch w 1980. W obecnej wersji techniki wafel jest używany jako szablon do hodowania bardzo cienkich warstw materiału krystalicznego w celu utworzenia ogniwa słonecznego. Warstwy te są następnie uwalniane z wafla za pomocą trawienia chemicznego i zdejmowane, umożliwiając ponowne użycie wafla.
Atwater twierdzi, że firma pracuje nad poprawą podnoszenia epitaksjalnego i opracowaniem lepszych sposobów hodowania warstw krystalicznych na płytce. Obecna metoda, zwana chemicznym osadzaniem z fazy gazowej, jest zbyt powolna, aby wytwarzać tanie ogniwa słoneczne.
Wyprodukowane przez Alta Devices wysokowydajne ogniwa są małymi, jednorazowymi urządzeniami. Większe moduły słoneczne firmy mają niższą wydajność — około 21 procent. Zazwyczaj, gdy firmy przechodzą na produkcję wysokowydajną, wydajność spada o kilka punktów. Alta Devices musi również wykazać, że ogniwa o wysokiej wydajności będą działać przez dziesięciolecia pod wpływem czynników bez znaczącej degradacji ich wydajności.