BSC – Celle solari bifacciali: Storia della cella solare bifacciale o a due superfici

Pubblicato il 22 gennaio 2022 / Aggiornamento dal: 24 febbraio 2023 - Autore: Konrad Wolfenstein

Storia della cella solare bifacciale o a due superfici - Immagine: Xpert.Digital / Sunward Art|Shutterstock.com

Una cella solare al silicio fu brevettata per la prima volta da Russell Ohl nel 1946 mentre lavorava ai Bell Labs e dimostrata pubblicamente da Fuller, Chapin e Pearson nello stesso centro di ricerca nel 1954; Tuttavia, queste proposte iniziali riguardavano cellule monofacciali, la cui parte posteriore non doveva essere attiva.

La prima cella solare bifacciale teoricamente proposta si trova in un brevetto giapponese con data di priorità del 4 ottobre 1960 di Hiroshi Mori, che lavorava per la società Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), che in seguito sviluppò nell'odierna Sharp Corporation. La cella proposta era una struttura a doppia cella PNP con elettrodi di contatto su due bordi opposti.

Tuttavia, le prime dimostrazioni di celle e pannelli solari bifacciali furono effettuate come parte del programma spaziale sovietico nelle stazioni spaziali militari LEO Salyut 3 (1974) e Salyut 5 (1976). Queste celle solari bifacciali sono state sviluppate da Bordina et al. sviluppato e prodotto presso il VNIIT (All Union Scientific Research Institute of Energy Sources) di Mosca, che nel 1975 divenne il produttore russo di celle solari KVANT. Nel 1974, questo gruppo depositò un brevetto statunitense proponendo le celle sotto forma di mini tubi paralleli con una dimensione massima di 1 mm x 1 mm x 1 mm, collegati in serie per fornire 100 celle/cm2. Come con le BSC odierne, hanno proposto l'uso di composti isotipici pp+ vicino a una delle superfici che ricevono la luce. Nella Salyut 3, piccoli pannelli sperimentali con un'area totale delle celle di 24 cm2 hanno mostrato un aumento della produzione di energia per rivoluzione satellitare dovuta all'albedo terrestre fino al 34% rispetto ai pannelli monofacciali dell'epoca. Durante il volo della stazione spaziale Salyut 5, utilizzando pannelli bifacciali (0,48 m2 - 40 W) è stato osservato un guadagno del 17-45%.

Parallelamente a questa ricerca russa, dall’altra parte della cortina di ferro, il laboratorio di semiconduttori della Facoltà di Ingegneria delle Telecomunicazioni dell’Università Tecnica di Madrid, guidato dal professor Antonio Luque, sta portando avanti in modo indipendente un ampio programma di ricerca per sviluppare applicazioni industriali applicabili celle solari bifacciali. Mentre il brevetto di Mori e i prototipi VNIIT-KVANT nella navicella spaziale erano basati su minuscole celle senza griglia metallica sulla superficie ed erano quindi strettamente collegate, più nello stile dei dispositivi microelettronici che nelle loro fasi iniziali, Luque avrà due brevetti spagnoli nel 1976 e 1977 e uno negli Stati Uniti nel 1977, che furono i precursori delle moderne cellule bifacciali. I brevetti di Luque furono i primi a proporre BSC con una cella per wafer di silicio, come avveniva allora con le celle monofacciali e lo è ancora oggi, con griglie metalliche su entrambe le superfici. Hanno considerato sia la struttura npp+ che le strutture pnp.

Lo sviluppo di BSC nel laboratorio di semiconduttori è stato affrontato in un approccio triplo, che ha portato a tre tesi di dottorato, scritto da Andrés Cuevas (1980), Javier Eguren (1981) e Jesús Sangrador (1982), con i primi due di Luque che sono stati esaminati dal Dr. Dr. Gabriel Sala dello stesso gruppo. La tesi di dottorato di Cuevas consisteva nella costruzione del primo brevetto di Luque dal 1976, che fu definito un "transcelle" a causa della sua struttura NPN simile a un transistor. Nella sua tesi di laurea, Egure ha affrontato la dimostrazione del secondo brevetto di Luque dal 1977 con un profilo di punteggiatura NPP+, in cui è la transizione di Isotopia PP+vicino alla parte posteriore della cella, che crea quello che di solito viene chiamato "campo di superficie posteriore" (BSF) nella tecnologia delle celle solari. Questo lavoro ha portato a diverse pubblicazioni e brevetti aggiuntivi. In particolare, l'effetto vantaggioso di ridurre il p-doping nella base, in cui la riduzione della tensione nella transizione dell'emettitore (transizione PN anteriore) è stata compensata da un aumento della tensione nella transizione isotipica posteriore, mentre allo stesso tempo è stata resa possibile una lunghezza di diffusione più elevata dei vettori di minoranza, che aumenta la leva elettrica con illuminazione bifaciale. Nella tesi di tesi di Sangrador e nel terzo percorso di sviluppo presso l'Università tecnica di Madrid, è stata suggerita la così chiamata verticale, con le celle solari a più bianche, in cui P+ Nn+ sono accatastate e cambiate in riga e sono illuminate dai loro bordi, che sono cellule ad alta tensione che non richiedono alcuna griglia di metallo di superficie per l'estrazione elettrica.

Nel 1979, il laboratorio dei semiconduttori fu trasformato nell'Istituto dell'Energia Solare (IES-UPM), che, sotto Luque come primo direttore, portò avanti un'intensa ricerca sulle celle solari bifacciali fino al primo decennio del 21° secolo. , due studenti laureati brasiliani dell'Istituto di Energia Solare, Adriano, hanno sviluppato e prodotto Moehlecke e Izete Zanesco, insieme a Luque, hanno sviluppato una cella solare bifacciale che ha reso il 18,1% sul davanti e il 19,1% sul retro; un record bifacciale del 103% (all'epoca l'efficienza record per le celle monofacciali era di poco inferiore al 22%).

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Fonte *21012022-1