Sprawność teoretyczna na poziomie 63,2 proc., przełom dla ogniw fotowoltaicznych trzeciej generacji!

Wstrząsający! Nowe ogniwa słoneczne pasma pośredniego (IBSC) mogą osiągnąć teoretyczną wydajność na poziomie 63,2%, trzykrotnie wyższą niż zwykłe ogniwa słoneczne (o sprawności rzędu 20%)! Przełomowe odkrycie międzynarodowego zespołu badawczego, które może zrewolucjonizować branżę fotowoltaiczną! Internauci wołają: Czy akcje koncepcyjne IBSC mają zamiar rozpocząć boom?

Nowy ulubieniec technologii solarnej trzeciej generacji

Krystaliczne krzemowe ogniwa słoneczne reprezentują pierwszą generację ogniw słonecznych, w tym monokrystaliczne, polikrystaliczne i amorficzne krzemowe ogniwa słoneczne. Ogniwa te są już szeroko stosowane w zastosowaniach komercyjnych i mieszkaniowych i stanowią 90 procent światowego rynku fotowoltaicznego. Jednak ich sprawność konwersji energii wynosi tylko 15-25 procent, a koszty ich produkcji są wysokie.

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne drugiej generacji są wykonane na podłożach szklanych i chociaż materiały i koszty produkcji są niższe, ich sprawność konwersji energii wynosi tylko 6-10 procent .

Trzecia generacja ogniw słonecznych ma na celu zwiększenie wydajności konwersji energii, obniżenie kosztów i ułatwienie zastosowań. Są one znane jako nowe ogniwa słoneczne i obejmują nieorganiczne i organiczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, ogniwa słoneczne uczulane barwnikiem i kropkami kwantowymi oraz ogniwa słoneczne chalkogenkowe. Pomimo stosunkowo krótkiego czasu rozwoju tych ogniw, mają one duży potencjał rozwojowy ze względu na wysoką teoretyczną sprawność konwersji energii oraz stosunkowo niskie koszty produkcji.

Wśród nich, ogniwo słoneczne z pasmem pośrednim (IBSC) jest uderzającą nową koncepcją poprawy globalnej wydajności ogniw słonecznych. Z teoretyczną sprawnością konwersji energii do 63,2 procent, jest nowym ulubieńcem technologii słonecznej trzeciej generacji i jest coraz bardziej preferowany przez przemysł.

Ten wzrost wydajności konwersji energii ogniwa uzyskuje się poprzez wprowadzenie wąskiego pasma energetycznego o małej gęstości stanów energetycznych do pasma zabronionego półprzewodnika. Wprowadzenie tego wąskiego pasma energetycznego pozwala na zwiększenie absorpcji pasma podpasmowego przy jednoczesnym utrzymaniu stałego napięcia obwodu otwartego. Dzięki temu ulepszeniu ogniwo słoneczne pochłania większość światła widzialnego oprócz części światła podczerwonego, zwiększając w ten sposób wydajność prądową i konwersję energii ogniwa.

Rysunek 1 Diagram pasma energii ogniwa: konwencjonalne ogniwa słoneczne mają tylko pasmo przewodnictwa CB i pasmo walencyjne VB, ale ogniwa słoneczne z pasmem pośrednim wprowadzają również pasmo pośrednie (IB), aby zwiększyć absorpcję światła słonecznego

Pomimo wysokiej teoretycznej sprawności konwersji energii ogniwa słonecznego z pasmem pośrednim (IBSC), jego wydajność nie jest tak wysoka, jak oczekiwano ze względu na jego nieodłączny, wysoce złożony charakter (połączenie elektronów i dziur w paśmie pośrednim) oraz zniszczenie sieci półprzewodnikowej , przy czym sprawność konwersji energii jest mniejsza od wartości teoretycznej lub nawet mniejsza od sprawności typowego ogniwa. Jednocześnie ogniwo jest bardzo drogie w produkcji. Ponadto IBSC mają krótką żywotność i mogą być używane tylko w niskich temperaturach, co znacznie ogranicza ich masową produkcję i zastosowanie.

Naukowcy z Imperial College w Wielkiej Brytanii i University of New South Wales (UNSW) w Australii ogłosili niedawno opracowanie nowego ogniwa słonecznego z pasmem pośrednim (IBSC) i opublikowali swoje najnowsze badania w czasopiśmie RRL Solar. Nowy projekt stanowi znaczący postęp w dziedzinie ogniw słonecznych z pasmem śródmiąższowym. Zgodnie z raportem nowy IBSC wykorzystuje nowatorską architekturę ogniw słonecznych i wprowadza unikalną strukturę optyczną, która skutecznie wykorzystuje więcej fotonów w widmie słonecznym w celu zwiększenia wydajności fotowoltaicznej ogniwa. Publikacja tych badań stanowi również ważny krok naprzód w dziedzinie ogniw słonecznych o pośrednim paśmie, który ma promować komercyjne zastosowanie ogniw słonecznych o pośrednim paśmie.

Zdaniem naukowców, nowo zaprojektowane ogniwo słoneczne z pasmem pośrednim (IBSC) wprowadza nową architekturę ogniw słonecznych obejmującą pasmo zapadkowe (RB), którego pasmo energii można zobaczyć na rysunku 1. Możliwa jest praca w temperaturze pokojowej. Ten przełom zapewni ważną podstawę dla przyszłego rozwoju ogniw IBSC i jest kamieniem milowym w dziedzinie ogniw słonecznych o pasmie pośrednim.

W 2020 roku dwaj hiszpańscy naukowcy oświadczyli: „Wierzymy, że po opracowaniu wydajnych IBSC społeczność naukowa włoży więcej wysiłku w optymalizację wydajności tych urządzeń. Wierzymy, że gdy IBSC okażą się bardzo wydajne i potencjalnie kosztowne skuteczne, w zależności od segmentu rynku, przemysł wykaże duże zainteresowanie.” Teraz, gdy opracowywane są wysokowydajne IBSC, może to być poważna zmiana w branży fotowoltaicznej, gdy więcej firm zostanie zaangażowanych w rozwój i masową produkcję.