211service.com
Wydajne, tanie ogniwa słoneczne
Tani nowy sposób mocowania luster do krzemu daje bardzo wydajne ogniwa słoneczne, których produkcja nie jest dużo kosztowna. Technika ta może doprowadzić do paneli słonecznych wytwarzających energię elektryczną za średnią cenę energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych.
Dalsze refleksje: To nowe ogniwo słoneczne jest niezwykle wydajne, ale można je wykonać tanio dzięki nowej technice mocowania luster do krzemu.
Suniwa , startup z siedzibą w Atlancie, wyprodukował ogniwa słoneczne, które przekształcają około 20 procent energii słonecznej, która na nie pada, w energię elektryczną. To wzrost w porównaniu z 17% w przypadku poprzednich ogniw słonecznych i zbliżony do wydajności najlepszych ogniw słonecznych na rynku. Ale w przeciwieństwie do innych wysokowydajnych krzemowych ogniw słonecznych, mówi: Ajeet Rohatgi , założyciel firmy i dyrektor ds. technologii, Suniva są wytwarzane przy użyciu tanich metod. Jedną z takich metod jest sitodruk, stosunkowo tani proces podobny do sitodruku stosowanego do drukowania T-shirtów.
Jak dotąd wysokie koszty ogniw słonecznych ograniczały je do marginalnej roli w produkcji energii, stanowiąc mniej niż 1 procent energii elektrycznej na całym świecie. Rohatgi oblicza, że tanie technologie produkcyjne firmy sprawią, że energia słoneczna będzie konkurencyjna w stosunku do konwencjonalnych źródeł, produkując energię elektryczną za około 8 do 10 centów za kilowatogodzinę – średni koszt energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych i znacznie niższy niż ceny na wielu rynkach.
Ogniwa Suniva są wydajne w dużej mierze dlatego, że mogą zatrzymywać światło, utrzymując fotony wewnątrz aktywnego materiału ogniwa słonecznego, dopóki ich energia nie zostanie wykorzystana do uwolnienia elektronów i wygenerowania prądu elektrycznego. Podstawowa koncepcja pułapkowania światła nie jest nowa. Polega na teksturowaniu przedniej powierzchni warstwy krzemu, która tworzy aktywny materiał ogniwa słonecznego. Teksturowanie tworzy fasetki, które przekierowują padające światło, załamując je tak, że zamiast przechodzić bezpośrednio przez krzem, przemieszcza się wzdłuż warstwy krzemowej. Dzięki temu fotony pozostają dłużej w materiale i mają większą szansę na wchłonięcie przez atomy w materiale. Kiedy tak się dzieje, energia fotonów może uwolnić elektrony, które są wykorzystywane do generowania prądu.
Zatrzymywanie światła można poprawić, łącząc teksturowaną powierzchnię z warstwą odblaskową z tyłu warstwy silikonowej. Lustro utrzymuje światło w ogniwie słonecznym jeszcze dłużej, dodatkowo zwiększając liczbę uwolnionych elektronów. W konsekwencji krzem może mieć o połowę mniejszą grubość, a jednocześnie pochłaniać taką samą ilość światła. Użycie mniej kosztownego materiału bezpośrednio zmniejsza koszty. Ale pozwala również producentom ogniw słonecznych radzić sobie z tańszymi, mniej czystymi formami krzemu. W konwencjonalnym ogniwie słonecznym, które może mieć warstwę krzemu o grubości 200 mikrometrów, zanieczyszczenia w materiale mogą łatwo wyłapywać elektrony, zanim dotrą do powierzchni i uciekną, aby wygenerować prąd. Jednak w warstwie krzemu o grubości zaledwie 100 mikrometrów elektrony mają krótszą drogę do przebycia, więc jest mniej prawdopodobne, że napotkają zanieczyszczenie przed ucieczką. Krzem niższej jakości jest znacznie tańszy i łatwiejszy do wytworzenia niż wysoko rafinowany krzem zwykle używany w ogniwach słonecznych.
Niektóre firmy wprowadziły już produkty, które łączą teksturowany przód z lustrzanym tyłem, a technika ta od lat sprawdza się w laboratoriach. Jednak dodanie warstwy odblaskowej zazwyczaj wymaga kosztownej obróbki i litografii. Rohatgi opracowało zastrzeżone materiały, które można włączyć do ogniw słonecznych za pomocą sitodruku. To, wraz z innymi usprawnieniami, które upraszczają proces produkcyjny, pozwoliło firmie produkować wysoce wydajne ogniwa po niskich kosztach.
Tonio Buonassis , profesor inżynierii mechanicznej w MIT, mówi, że nowe ogniwo słoneczne Suniva jest ekscytujące, ponieważ pokazuje, że niektóre z wysokowydajnych technologii, nad którymi pracowano od lat w laboratorium, mogą znaleźć zastosowanie na rynku. Mówi, że decyzja Suniva o wykorzystaniu takich technologii jest ryzykiem, którego większość innych firm zajmujących się ogniwami słonecznymi unika. Teraz, gdy Suniva opracował sposób na tanie zastosowanie tych technik, przewiduje, że inne firmy zajmujące się ogniwami słonecznymi mogą być zmuszone do podobnych działań, aby konkurować.
Oczywiście, przed osiągnięciem celu 8 do 10 centów za kilowat pozostaje jeszcze sporo pracy. Suniva zademonstrowała pierwszy, kluczowy krok, jakim jest pokazanie, że dzięki sitodrukowi może wytwarzać ogniwa słoneczne o wydajności ponad 20 procent. Wyniki zostały potwierdzone przez Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej , w Golden w stanie Kolorado. Ale do tych testów Suniva użyła ogniw z płytkami krzemowymi o grubości 200 mikrometrów, a osiągnięcie 8 centów za kilowat będzie wymagało płytek o grubości 100 mikrometrów. Ustalono, że jest to technicznie możliwe. Wyzwanie polega na pozyskiwaniu dużych ilości takiego krzemu, ponieważ cienkie płytki nie są dostępne na rynku, mówi Rohatgi. Co więcej, fabryki będą musiały zostać przezbrojone, aby obsłużyć 100-mikrometrowe ogniwa, które mogą się zepsuć maszyny zaprojektowane do obsługi grubszych wafli.
Obecnie priorytetem firmy jest zwiększenie produkcji wysoce wydajnych ogniw 200 mikrometrów, co może nadal obniżyć koszty energii słonecznej. Po ustanowieniu produkcji na dużą skalę następnym krokiem jest wprowadzenie cieńszych wafli, co jeszcze bardziej obniży koszty.