BSC – Двустранни слънчеви клетки: История на двустранните или двуповърхностните слънчеви клетки

Публикувано на: 22 януари 2022 г. / Актуализирано на: 24 февруари 2023 г. – Автор: Konrad Wolfenstein

История на двустранната или двуповърхностна слънчева клетка – Изображение: Xpert.Digital / Sunward Art|Shutterstock.com

Силициева слънчева клетка е патентована за първи път през 1946 г. от Ръсел Ол, докато работи в Bell Labs, и е демонстрирана публично през 1954 г. от Фулър, Чапин и Пиърсън в същата изследователска институция; тези ранни предложения обаче са били монофасови клетки, чиято задна част не е била предназначена да бъде активна.

Първата теоретично предложена двустранна слънчева клетка може да бъде намерена в японски патент от 4 октомври 1960 г. от Хироши Мори, който е работил за Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), която по-късно става Sharp Corporation. Предложената клетка е била двустранна pnp структура с контактни електроди на два противоположни ръба.

Първите демонстрации на двустранни слънчеви клетки и панели обаче са проведени като част от съветската космическа програма на военните космически станции с ниска околоземна орбита (LEO) Салют 3 (1974 г.) и Салют 5 (1976 г.). Тези двустранни слънчеви клетки са разработени и произведени от Бордина и др. във ВНИИТ (Всесъюзен научноизследователски институт за енергийни източници) в Москва, който през 1975 г. става руски производител на слънчеви клетки КВАНТ. През 1974 г. този екип подава американски патент, предлагайки клетките под формата на мини-паралелни тръби с максимален размер 1 mm x 1 mm x 1 mm, свързани последователно, за да се постигне плътност от 100 клетки/cm². Както при днешните BSC, те предлагат използването на изотипни pp+ съединения близо до една от повърхностите, приемащи светлина. В „Салют 3“, малки експериментални панели с обща площ на клетките от 24 cm² показват увеличение на производството на енергия на спътникова орбита до 34% в сравнение с използваните по това време монофазни панели, поради албедото на Земята. По време на полета на космическата станция „Салют 5“ е наблюдавано увеличение от 17–45% чрез използването на двуфазни панели (0,48 m² – 40 W).

Успоредно с това руско изследване, от другата страна на Желязната завеса, полупроводниковата лаборатория на Училището по телекомуникационно инженерство към Техническия университет в Мадрид, под ръководството на професор Антонио Луке, самостоятелно провежда цялостна изследователска програма за разработване на индустриално приложими двустранни слънчеви клетки. Докато патентът на Мори и прототипите на космическия кораб VNIIT-KVANT са базирани на малки клетки без метална решетка на повърхността си и следователно са сложно свързани помежду си, по-скоро в стила на микроелектронните устройства в начален стадий, Луке подава два испански патента през 1976 и 1977 г. и един в Съединените щати през 1977 г., които са предшественици на съвременните двустранни клетки. Патентите на Луке са първите, които предлагат BSC с по една клетка на силициева пластина, както е било при едностранните клетки по това време и все още е така, с метални решетки на двете повърхности. Те разглеждат както npp+, така и pnp структури.

Разработването на базови слънчеви батерии (BSC) в полупроводниковата лаборатория е подходено по три начина, което води до три докторски дисертации от Андрес Куевас (1980), Хавиер Егурен (1981) и Хесус Санградор (1982). Първите две са ръководени от Луке, а третата от д-р Габриел Сала от същата група. Дисертацията на Куевас е свързана с конструирането на първия патент на Луке от 1976 г., който поради своята транзистороподобна npn структура е наречен „трансклетка“. Дисертацията на Егурен се фокусира върху демонстрирането на втория патент на Луке от 1977 г., характеризиращ се с npp+ легиращ профил, където изотопният преход pp+ е разположен в съседство със задната повърхност на клетката, създавайки това, което обикновено се нарича „поле на задната повърхност“ (BSF) в технологията на слънчевите клетки. Тази работа води до няколко публикации и допълнителни патенти. В частност, благоприятният ефект от намаляването на p-дотирането в базата е значителен, тъй като намаляването на напрежението на емитерния преход (преден pn преход) се компенсира от увеличаване на напрежението на задния изотипен преход, като едновременно с това се позволява по-голяма дифузионна дължина на неосновните носители, което увеличава токовия изход при двустранно осветление. В дисертацията на Санградор и третия подход за развитие в Техническия университет в Мадрид е предложена така наречената вертикална, осветена от ръба многопреходна слънчева клетка, в която p+nn+ клетките са подредени и свързани последователно и осветени от краищата си. Това са високоволтови клетки, които не изискват повърхностна метална решетка за генериране на ток.

През 1979 г. полупроводниковата лаборатория е преобразувана в Институт за слънчева енергия (IES-UPM), който, с Луке като първи директор, продължава интензивни изследвания върху двустранни слънчеви клетки през първото десетилетие на 21-ви век. Например, през 1994 г. двама бразилски докторанти в Института за слънчева енергия, Адриано Моелеке и Изете Занеско, заедно с Луке, разработват и произвеждат двустранна слънчева клетка, която постига 18,1% ефективност отпред и 19,1% отзад; двустранен рекорд от 103% (по това време рекордната ефективност за едностранни клетки е малко под 22%).

• Планиране на фотоволтаични системи за складове, търговски сгради и промишлени сгради
• Промишлено предприятие: Планиране на фотоволтаична система на открито поле или система на открито пространство
• Планиране на слънчеви енергийни системи с фотоволтаични решения за спедиторски компании и договорна логистика
• B2B слънчеви системи и фотоволтаични решения и консултации

• Изграждане и планиране на соларен навес за автомобили

Консултация за соларни модули с Xpert.Solar – помощ и съвети за правилния и подходящ соларен модул

Konrad Wolfenstein

С удоволствие бих служел като ваш личен съветник.

Можете да се свържете с мен, като попълните формата за контакт по-долу или просто ми се обадите на +49 89 89 674 804  .

Очаквам с нетърпение нашия съвместен проект.

Или резервирайте онлайн среща тук (видео разговор чрез Microsoft Teams)

Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein

Xpert.Digital е индустриален център, фокусиран върху дигитализацията, машиностроенето, логистиката/интралогистиката и фотоволтаиката.

С нашето 360° решение за бизнес развитие, ние подкрепяме известни компании от нов бизнес до следпродажбено обслужване.

Пазарно разузнаване, маркетинг, маркетингова автоматизация, разработване на съдържание, PR, имейл кампании, персонализирани социални медии и подхранване на лийдове са част от нашите дигитални инструменти.

Можете да намерите повече информация на: www.xpert.digital – www.xpert.solar – www.xpert.plus

Източник *21012022-1