BSC – Bifaciální solární články: Historie bifaciálních nebo dvoupovrchových solárních článků

Křemíkový solární článek byl poprvé patentován v roce 1946 Russellem Ohlem během jeho práce v Bellových laboratořích a veřejně předveden v roce 1954 Fullerem, Chapinem a Pearsonem ve stejné výzkumné instituci; tyto rané návrhy však byly monofaciální články, jejichž zadní strana nebyla určena k aktivnímu provozu.

První teoreticky navržený bifaciální solární článek lze nalézt v japonském patentu ze dne 4. října 1960 od Hiroshiho Moriho, který pracoval pro společnost Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), která se později stala Sharp Corporation. Navrhovaný článek byl bifaciální strukturou PNP s kontaktními elektrodami na dvou protilehlých hranách.

První demonstrace bifaciálních solárních článků a panelů však proběhly v rámci sovětského vesmírného programu na vojenských vesmírných stanicích LEO Saljut 3 (1974) a Saljut 5 (1976). Tyto bifaciální solární články vyvinuli a vyrobili Bordina a kol. ve VNIIT (Všesvazový vědeckovýzkumný ústav energetických zdrojů) v Moskvě, který se v roce 1975 stal ruským výrobcem solárních článků KVANT. V roce 1974 tento tým podal americký patent, v němž navrhl články ve formě miniaturních paralelních trubic o maximální velikosti 1 mm x 1 mm x 1 mm, zapojených do série pro dosažení hustoty 100 článků/cm². Stejně jako u dnešních BSC navrhli použití izotypických sloučenin pp+ v blízkosti jednoho z povrchů přijímajících světlo. V raketě Saljut 3 vykazovaly malé experimentální panely s celkovou plochou buněk 24 cm² zvýšení produkce energie na oběžnou dráhu družice až o 34 % ve srovnání s tehdy používanými monofaciálními panely, a to díky albedu Země. Během letu kosmické stanice Saljut 5 byl pozorován zisk 17–45 % díky použití bifaciálních panelů (0,48 m² – 40 W).

Souběžně s tímto ruským výzkumem, na druhé straně železné opony, polovodičová laboratoř Fakulty telekomunikačního inženýrství Technické univerzity v Madridu pod vedením profesora Antonia Luqueho nezávisle prováděla komplexní výzkumný program zaměřený na vývoj průmyslově použitelných bifaciálních solárních článků. Zatímco Moriho patent a prototypy kosmické lodi VNIIT-KVANT byly založeny na malých článcích bez kovové mřížky na povrchu, a proto byly komplexně propojeny, spíše ve stylu mikroelektronických zařízení tehdy v jejich počátcích, Luque podal dva španělské patenty v letech 1976 a 1977 a jeden ve Spojených státech v roce 1977, které byly předchůdci moderních bifaciálních článků. Luqueho patenty byly prvními, které navrhly BSC s jedním článkem na křemíkovou destičku, jak tomu bylo v té době a dodnes u monofaciálních článků, s kovovými mřížkami na obou površích. Uvažovaly struktury npp+ i pnp.

Vývoj BSC v polovodičové laboratoři byl řešen trojím způsobem, což vedlo ke třem doktorským disertačním pracím Andrése Cuevase (1980), Javiera Egurena (1981) a Jesúse Sangradora (1982). První dvě vedl Luque a třetí Dr. Gabriel Sala ze stejné skupiny. Cuevasova disertační práce se zabývala konstrukcí Luqueho prvního patentu z roku 1976, který byl díky své tranzistorové struktuře npn nazýván „transcell“. Egurenova disertační práce se zaměřila na demonstraci Luqueho druhého patentu z roku 1977, který se vyznačoval dopingovým profilem npp+, kde je izotopový přechod pp+ umístěn v blízkosti zadního povrchu článku, čímž se v technologii solárních článků vytváří to, co se běžně označuje jako „pole zadního povrchu“ (BSF). Tato práce vedla k několika publikacím a dalším patentům. Zejména příznivý účinek snížení p-dopování v bázi byl významný, protože snížení napětí na emitorovém přechodu (přední pn přechod) bylo kompenzováno zvýšením napětí na zadním izotypovém přechodu, přičemž současně umožnilo větší difúzní délku minoritních nosičů, což zvyšuje proudový výstup při bifaciálním osvětlení. V Sangradorově disertační práci a třetím vývojovém přístupu na Technické univerzitě v Madridu byl navržen tzv. vertikální, z okrajů osvětlený vícepólový solární článek, ve kterém jsou p+nn+ články naskládány a zapojeny do série a osvětleny z jejich okrajů. Jedná se o vysokonapěťové články, které pro generování proudu nevyžadují povrchovou kovovou mřížku.

V roce 1979 byla polovodičová laboratoř transformována na Institut pro solární energii (IES-UPM), který s Luquem jako prvním ředitelem pokračoval v intenzivním výzkumu bifaciálních solárních článků i v prvním desetiletí 21. století. Například v roce 1994 dva brazilští doktorandi z Institutu pro solární energii, Adriano Moehlecke a Izete Zanesco, společně s Luquem vyvinuli a vyrobili bifaciální solární článek, který dosáhl účinnosti 18,1 % na přední straně a 19,1 % na zadní straně; bifaciální rekord 103 % (v té době byla rekordní účinnost pro monofaciální články necelých 22 %).

 

 

• Plánujte fotovoltaiku pro sklady, komerční haly a průmyslové haly
• Průmyslový závod: Naplánujte fotovoltaický systém pod širým nebem nebo otevřený systém
• Plánujte solární systémy s fotovoltaickými řešeními pro spedici a smluvní logistiku
• B2B solární systémy a fotovoltaická řešení a poradenství

• Postavte a naplánujte solární přístřešek pro auto

Konzultace o solárních modulech se společností Xpert.Solar – pomoc a tipy pro správný a vhodný solární modul

Rád posloužím jako váš osobní poradce.

Kontaktovat mě můžete vyplněním kontaktního formuláře níže nebo mi jednoduše zavolejte na číslo +49 89 89 674 804  .

Těším se na náš společný projekt.

 

 

Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein

Xpert.Digital je centrum pro průmysl se zaměřením na digitalizaci, strojírenství, logistiku/intralogistiku a fotovoltaiku.

S naším 360° řešením pro rozvoj podnikání podporujeme známé společnosti od nových obchodů až po poprodejní služby.

Market intelligence, smarketing, automatizace marketingu, vývoj obsahu, PR, e-mailové kampaně, personalizovaná sociální média a péče o potenciální zákazníky jsou součástí našich digitálních nástrojů.

Více se dozvíte na: www.xpert.digital – www.xpert.solar – www.xpert.plus