Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne – badania i rozwój Maciej Sibiński Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych Politechnika Łódzka

Plan prezentacji Typy i właściwości ogniw słonecznych Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne Badania prowadzone na Politechnice Łódzkiej Trendy i kierunki dalszego rozwoju.

B – teksturowana powierzchnia C – obszar emitera typu “n” Konwersja fotowoltaiczna – bezpośrednia zamiana energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną, zachodząca w specjalnym przyrządzie półprzewodnikowym (tzw. ogniwie słonecznym) A – kontakty przednie (tzw. palce emiterowe). B – teksturowana powierzchnia C – obszar emitera typu “n” D – baza typu “p” E – wbudowane pole typu p+ (ang Back Side Field). F – kontakt tylny padające światło

1839 - Edmund Becquerel zauważa zjawisko generacji nośników prądu elektrycznego w niektórych materiałach poddanych naświetlaniu 1954 - pierwsze ogniwo półprzewodnikowe, monokrystaliczne (Si CdS) o sprawności 6% -era zastosowań kosmicznych 1975 - pierwsze zastosowania komercyjne (kryzys paliwowy) 1990 - początek prac nad tanimi, cienkowarstwowymi ogniwami heterozłączowymi

K. Cathpole, M. Green “Third generation photovoltaics” K. Cathpole, M. Green “Third generation photovoltaics”. Optoelectronics and Microelectronic Materials and Devices 2002, ss 59-65

Podstawowe bariery na drodze rozwoju ogniw słonecznych Bariery technologiczne związane z parametrami ogniw wynikającymi z ich budowy i praw fizyki (niska sprawność, ograniczona liczba aplikacji) bariery rynkowe dotyczące wprowadzenia zestawów ogniw słonecznych do sprzedaży jako atrakcyjnego produktu innowacyjnego (zbyt wysoka cena) ograniczenia psycho-socjologiczne związane ze zmianą sposobu myślenia o fotowoltaice w grupie odbiorców energii elektrycznej oraz zmianą uregulowań prawnych.

Prace z zakresu fotowoltaiki prowadzone w Katedrze Przyrządów Półprzewodnikowych i optoelektronicznych Politechniki Łódzkiej. Kostruowanie nowych typów cienkowarstwowych ogniw słonecznych. Opracowanie technologii wytwarzania ogniw. Pomiary i optymalizacja parametrów opotoelektroniczych ogniw. Badania eksploataycyjne instalacji fotowoltaicznej modułów różnych typów.

Konstrukcja i technologia wykonania ogniwa CdS/CdTe na elastycznej folii metalowej – proponowana konfiguracja przyrządu. Hermetyzacja struktury poprzez laminację folią PET Warstwa bazy CdTe nałożona metodą sitodruku a następnie rekrystalizowana Podłoże – folia molibdenowa 100μm Naparowana i rekrystalizowana warstwa emitera CdS

Wykonanie ogniw CdS/CdTe na podłożach elastycznych w konfiguracji prostej Konstrukcja i technologia wykonania ogniwa CdS/CdTe na elastycznej folii metalowej – wykonanie bazy CdTe Rekrystalizacja

Wykonanie ogniw CdS/CdTe na podłożach elastycznych w konfiguracji prostej Konfiguracja prosta na folii polimerowej: UPILEX, Kontakt bazowy, Baza, Emiter, hermetyzacja Baza CdTe 2µm Kontakt bazowy Cu - 2µm Folia UPILEX® 25 µm

Wykonanie ogniw CdS/CdTe na podłożach ceramicznych Zadanie – opracowanie konstrukcji i technologii wykonania ogniwa CdS/CdTe na profilowanym podłożu ceramicznym. Modyfikacja ICSVT do wykorzystania na podłożach profilowanych CdTe Tektura ogniotrwała Profilowane podłoże ceramiczne Komora ciśnieniowa

Nowe konstrukcje ogniw i modułów krzemowych oraz pomiary ich parametrów W poszukiwaniu alternatywnych źródeł energii, japońska firma Clean Venture 21 opracowała nowy układ wykorzystujący „tablice” mutlikrystalicznych kulek krzemowych do zastosowań w fotowoltaice. Konstruktorzy Clean Venture umieścili każdą malutką, jednomilimetrową kulkę wewnątrz małego (2,2 do 2,7 mm) reflektora. Zespół naukowy KPPiO jako jeden z pierwszysch w Europie przeprowadził kompleksowe badania optoelektroniczne i termiczne tego typu przyrządów.

Ogniwa z polikrystalicznych mikrokulek krzemowych Nowe konstrukcje ogniw i modułów krzemowych oraz pomiary ich parametrów Ogniwa z polikrystalicznych mikrokulek krzemowych

Ogniwa z polikrystalicznych mikrokulek krzemowych Nowe konstrukcje ogniw i modułów krzemowych oraz pomiary ich parametrów Ogniwa z polikrystalicznych mikrokulek krzemowych

System hybrydowy: moduł fotowoltaiczny –kolektor termiczny Nowe konstrukcje ogniw i modułów krzemowych oraz pomiary ich parametrów System hybrydowy: moduł fotowoltaiczny –kolektor termiczny

Nowe konstrukcje ogniw i modułów krzemowych oraz pomiary ich parametrów Oświetlone ogniwa przed uruchomieniem obiegu cieczy w kolektorze Oświetlone ogniwa po uruchomieniu obiegu cieczy w kolektorze

Badania eksploatacyjne instalacji fotowoltaicznej modułów różnych typów.

Trendy i kierunki rozwoju fotowoltaiki Masowa produkcja cienkowarstwowych ogniw słonecznych z polikrystalicznego krzemu i amorficznego krzemu. Upowszechnienie nowych materiałów i konstrukcji ogniw (ogniwa CIS, CdS/CdTe, organiczne) Nowe aplikacje poprzez zwiększenie funkcjonalności modułów fotowoltaicznych (moduły elastyczne, przezroczyste, moduły na elementach architektonicznych). Popularyzacja fotowoltaiki i włączenie jej do powszechnego systemu energetycznego krajów europejskich (plan 3*20).