BSC – Kétoldalas napelemek: A kétoldalas vagy kétfelületű napelem története

Megjelent: 2022. január 22. / Frissítve: 2023. február 24. – Szerző: Konrad Wolfenstein

A kétoldalas vagy kétfelületű napelem története – Kép: Xpert.Digital / Sunward Art|Shutterstock.com

A szilícium napelemet először 1946-ban szabadalmaztatta Russell Ohl, amikor a Bell Labsnál dolgozott, majd 1954-ben nyilvánosan bemutatta Fuller, Chapin és Pearson ugyanebben a kutatóintézetben; ezek a korai javaslatok azonban egyoldali cellák voltak, amelyek hátuljának nem kellett aktívnak lennie.

Az első elméletileg javasolt kétoldalas napelem egy 1960. október 4-i japán szabadalomban található, amelyet Hiroshi Mori írt, aki a Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.) vállalatnál dolgozott, amely később a Sharp Corporation nevet kapta. A javasolt cella egy pnp kétoldalas szerkezet volt, amelynek két ellentétes szélén kontaktelektródák voltak.

A kétoldalas napelemek és panelek első bemutatóit azonban a szovjet űrprogram részeként hajtották végre a Szaljut-3 (1974) és Szaljut-5 (1976) katonai LEO űrállomásokon. Ezeket a kétoldalas napelemeket Bordina és munkatársai fejlesztették ki és gyártották a moszkvai VNIIT-ben (Összszövetségi Energiaforrások Tudományos Kutatóintézete), amely 1975-ben az orosz KVANT napelemgyártóvá vált. 1974-ben ez a csapat nyújtott be egy amerikai szabadalmat, amelyben a cellákat mini párhuzamos pipe-ek formájában javasolták, maximális méretük 1 mm x 1 mm x 1 mm, sorba kötve a 100 cella/cm² sűrűség eléréséhez. A mai napelemes cellákhoz hasonlóan izotipikus pp+ vegyületek használatát javasolták az egyik fénybefogadó felület közelében. A Szaljut-3 űrállomáson a 24 cm² teljes cellafelületű kis kísérleti panelek a Föld albedójának köszönhetően akár 34%-os energiatermelési növekedést mutattak műholdpályánként az akkoriban használt egyoldalas panelekhez képest. A Szaljut-5 űrállomás repülése során a kétoldalas panelek (0,48 m² – 40 W) használatával 17–45%-os növekedést figyeltek meg.

Ezzel az orosz kutatással párhuzamosan, a vasfüggöny túloldalán, a Madridi Műszaki Egyetem Távközlési Mérnöki Karának félvezető laboratóriuma Antonio Luque professzor irányításával önállóan egy átfogó kutatási programot folytatott iparilag alkalmazható kétoldali napelemek fejlesztésére. Míg Mori szabadalma és a VNIIT-KVANT űrhajó prototípusai apró, fémrács nélküli cellákon alapultak, és ezért bonyolultan összekapcsolódtak, inkább a mikroelektronikai eszközök stílusában, mint azok akkoriban még gyerekcipőben jártak, Luque két spanyol szabadalmat nyújtott be 1976-ban és 1977-ben, valamint egyet az Egyesült Államokban 1977-ben, amelyek a modern kétoldali cellák előfutárai voltak. Luque szabadalmai voltak az elsők, amelyek olyan BSC-ket javasoltak, amelyek szilíciumlaponként egy cellát tartalmaztak – ahogyan az akkori és ma is a monofaciális cellák esetében történt –, mindkét felületen fémrácsokkal. Mind az npp+, mind a pnp struktúrákat figyelembe vették.

A félvezető laboratóriumban a napelemes áramkörök (BSC) fejlesztését három ágon közelítették meg, aminek eredményeként három doktori disszertáció született: Andrés Cuevas (1980), Javier Eguren (1981) és Jesús Sangrador (1982). Az első kettőt Luque, a harmadikat pedig ugyanebből a csoportból származó Dr. Gabriel Sala felügyelte. Cuevas disszertációja Luque első, 1976-os szabadalmának megalkotására összpontosított, amelyet tranzisztorszerű npn-szerkezete miatt „transzcellának” neveztek el. Eguren disszertációja Luque második, 1977-es szabadalmának bemutatására összpontosított, amely egy npp+ adalékolási profilt mutat be, ahol a pp+ izotópátmenet a cella hátsó felülete mellett helyezkedik el, létrehozva azt, amit a napelem-technológiában általában „hátsó felületi mezőnek” (BSF) neveznek. Ez a munka számos publikációhoz és további szabadalmakhoz vezetett. Különösen a bázisban a p-adalékolás csökkentésének jótékony hatása volt jelentős, mivel az emitter átmenetnél (elülső pn-átmenet) a feszültségcsökkenést kompenzálta a hátsó izotípusos átmenetnél bekövetkező feszültségnövekedés, miközben egyidejűleg lehetővé tette a kisebbségi töltéshordozók nagyobb diffúziós hosszát, ami növeli az áramkimenetet kétoldali megvilágítás alatt. Sangrador disszertációjában és a Madridi Műszaki Egyetemen kidolgozott harmadik fejlesztési megközelítésében az úgynevezett függőleges, élről megvilágított többátmenetes napelemet javasolták, amelyben a p+nn+ cellákat sorba kötik, és a széleikről világítják meg. Ezek nagyfeszültségű cellák, amelyek nem igényelnek felületi fémrácsot az áramtermeléshez.

1979-ben a félvezető laboratóriumot Napenergia Intézetté (IES-UPM) alakították át, amely Luque első igazgatójával a 21. század első évtizedében is folytatta a kétoldalas napelemek intenzív kutatását. Például 1994-ben a Napenergia Intézet két brazil doktorandusz hallgatója, Adriano Moehlecke és Izete Zanesco Luque-val közösen kifejlesztettek és gyártottak egy kétoldalas napelemet, amely az elülső oldalon 18,1%-os, a hátoldalon pedig 19,1%-os hatásfokot ért el; ez 103%-os kétoldalas rekord (akkoriban az egyoldalas cellák rekordhatékonysága alig 22% alatt volt).

• Napelemek tervezése raktárakba, kereskedelmi csarnokokba és ipari csarnokokba
• Ipari üzem: Tervezzen egy fotovoltaikus szabadtéri rendszert vagy nyílttéri rendszert
• Tervezzen napelemes rendszereket fotovoltaikus megoldásokkal a szállítmányozáshoz és a szerződéses logisztikához
• B2B napelemes rendszerek és fotovoltaikus megoldások és tanácsadás

• Napelemes autóbeálló építése és tervezése

Napelemes modul tanácsadás az Xpert.Solar segítségével – segítség és tippek a megfelelő és megfelelő napelem modulhoz

Konrad Wolfenstein

Szívesen szolgálok személyes tanácsadójaként.

Felveheti velem a kapcsolatot az alábbi kapcsolatfelvételi űrlap kitöltésével, vagy egyszerűen hívjon a +49 89 89 674 804  .

Nagyon várom a közös projektünket.

Vagy foglaljon online időpontot itt (videohívás a Microsoft Teams-en keresztül)

Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein

Az Xpert.Digital egy ipari központ, amely a digitalizációra, a gépészetre, a logisztikára/intralogisztikára és a fotovoltaikára összpontosít.

360°-os üzletfejlesztési megoldásunkkal jól ismert cégeket támogatunk az új üzletektől az értékesítés utáni értékesítésig.

Digitális eszközeink részét képezik a piaci intelligencia, a marketing, a marketingautomatizálás, a tartalomfejlesztés, a PR, a levelezési kampányok, a személyre szabott közösségi média és a lead-gondozás.

További információ: www.xpert.digital – www.xpert.solar – www.xpert.plus

Forrás *21012022-1