BSC – Ogniwa słoneczne dwustronne: Historia ogniw słonecznych dwustronnych lub dwupowierzchniowych

Ogniwo słoneczne wykonane z krzemu zostało po raz pierwszy opatentowane w 1946 r. przez Russella Ohla, pracującego w Bell Labs, a publicznie zaprezentowane w 1954 r. przez Fullera, Chapina i Pearsona w tej samej placówce badawczej. Jednak te wczesne propozycje dotyczyły ogniw jednostronnych, których tylna część nie miała być aktywna.

Pierwsze teoretycznie zaproponowane dwustronne ogniwo słoneczne można znaleźć w japońskim patencie z 4 października 1960 roku, autorstwa Hiroshi Moriego, który pracował dla Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), późniejszej firmy Sharp Corporation. Proponowane ogniwo miało strukturę dwustronną pnp z elektrodami kontaktowymi na dwóch przeciwległych krawędziach.

Pierwsze demonstracje dwustronnych ogniw i paneli słonecznych przeprowadzono jednak w ramach radzieckiego programu kosmicznego na wojskowych stacjach kosmicznych LEO Salut 3 (1974) i Salut 5 (1976). Te dwustronne ogniwa słoneczne zostały opracowane i wyprodukowane przez Bordinę i in. w WNIIT (Wszechzwiązkowy Naukowy Instytut Badawczy Źródeł Energii) w Moskwie, który w 1975 roku stał się rosyjskim producentem ogniw słonecznych KVANT. W 1974 roku zespół ten złożył wniosek patentowy w USA, proponując ogniwa w postaci miniaturowych, równoległych rur o maksymalnym rozmiarze 1 mm x 1 mm x 1 mm, połączonych szeregowo w celu osiągnięcia gęstości 100 ogniw/cm². Podobnie jak w przypadku dzisiejszych BSC, zaproponowali zastosowanie izotypowych związków pp+ w pobliżu jednej z powierzchni odbierających światło. W Salut 3 małe panele eksperymentalne o łącznej powierzchni ogniw 24 cm² wykazały wzrost produkcji energii na orbitę satelity nawet o 34% w porównaniu z panelami monofacjalnymi stosowanymi wówczas, ze względu na albedo Ziemi. Podczas lotu stacji kosmicznej Salut 5 zaobserwowano wzrost na poziomie 17–45% dzięki zastosowaniu paneli bifacjalnych (0,48 m² – 40 W).

Równolegle do tych rosyjskich badań, po drugiej stronie żelaznej kurtyny, laboratorium półprzewodników Wydziału Inżynierii Telekomunikacyjnej Politechniki Madryckiej, pod kierownictwem profesora Antonio Luque, niezależnie prowadziło kompleksowy program badawczy mający na celu opracowanie przemysłowych dwustronnych ogniw słonecznych. Podczas gdy patent Moriego i prototypy statku kosmicznego VNIIT-KVANT opierały się na maleńkich ogniwach bez metalowej siatki na powierzchni, a zatem były złożone i wzajemnie połączone, bardziej w stylu urządzeń mikroelektronicznych w ich początkach, Luque złożył dwa patenty hiszpańskie w 1976 i 1977 roku oraz jeden w Stanach Zjednoczonych w 1977 roku, które były prekursorami współczesnych ogniw dwustronnych. Patenty Luque'a były pierwszymi, które proponowały BSC z jednym ogniwem na płytkę krzemową, tak jak miało to miejsce w przypadku ogniw jednostronnych w tamtym czasie i nadal ma miejsce dzisiaj, z metalowymi siatkami na obu powierzchniach. Rozważano w nich zarówno struktury npp+, jak i pnp.

Rozwój ogniw BSC w laboratorium półprzewodników przebiegał w trzech kierunkach, co zaowocowało trzema rozprawami doktorskimi Andrésa Cuevasa (1980), Javiera Egurena (1981) i Jesúsa Sangradora (1982). Promotorem dwóch pierwszych był Luque, a trzeciej dr Gabriel Sala z tego samego zespołu. Rozprawa Cuevasa dotyczyła opracowania pierwszego patentu Luque'a z 1976 roku, który ze względu na swoją tranzystorową strukturę npn nazwano „transkomórką”. Rozprawa Egurena koncentrowała się na zademonstrowaniu drugiego patentu Luque'a z 1977 roku, charakteryzującego się profilem domieszkowania NPP+, w którym złącze izotopowe pp+ znajduje się w sąsiedztwie tylnej powierzchni ogniwa, tworząc to, co w technologii ogniw słonecznych powszechnie nazywa się „polem tylnej powierzchni” (BSF). Praca ta doprowadziła do powstania kilku publikacji i uzyskania kolejnych patentów. W szczególności korzystny efekt redukcji domieszkowania p w bazie był znaczący, ponieważ spadek napięcia na złączu emiterowym (przednim złączu pn) został skompensowany wzrostem napięcia na tylnym złączu izotypowym, umożliwiając jednocześnie większą długość dyfuzji nośników mniejszościowych, co zwiększa prąd wyjściowy przy oświetleniu bifacjalnym. W rozprawie Sangradora i trzecim podejściu rozwojowym na Politechnice Madryckiej zaproponowano tzw. pionowe, oświetlane krawędziowo, wielozłączowe ogniwo słoneczne, w którym ogniwa p+nn+ są ułożone w stos i połączone szeregowo, a oświetlane od krawędzi. Są to ogniwa wysokiego napięcia, które nie wymagają metalowej siatki powierzchniowej do generowania prądu.

W 1979 roku laboratorium półprzewodników zostało przekształcone w Instytut Energii Słonecznej (IES-UPM), który pod kierownictwem Luque’a kontynuował intensywne badania nad dwustronnymi ogniwami słonecznymi aż do pierwszej dekady XXI wieku. Na przykład w 1994 roku dwaj brazylijscy doktoranci z Instytutu Energii Słonecznej, Adriano Moehlecke i Izete Zanesco, wspólnie z Luque, opracowali i wyprodukowali dwustronne ogniwo słoneczne, które osiągnęło sprawność 18,1% z przodu i 19,1% z tyłu; bifacjalny rekord wynosił 103% (w tamtym czasie rekordowa sprawność ogniw jednostronnych wynosiła nieco poniżej 22%).

 

 

• Planowanie instalacji fotowoltaicznych na magazynach, budynkach komercyjnych i przemysłowych
• Zakład przemysłowy: Planowanie instalacji fotowoltaicznej na otwartym polu lub na otwartej przestrzeni
• Planowanie systemów zasilania słonecznego z wykorzystaniem rozwiązań fotowoltaicznych dla firm spedycyjnych i logistyki kontraktowej
• Systemy solarne B2B i rozwiązania fotowoltaiczne oraz doradztwo

• Budowa i planowanie wiaty solarnej

Konsultacje dotyczące modułów fotowoltaicznych z Xpert.Solar – pomoc i wskazówki dotyczące właściwego i odpowiedniego modułu fotowoltaicznego

Chętnie będę pełnić rolę Twojego osobistego doradcy.

Możesz się ze mną skontaktować wypełniając formularz kontaktowy poniżej lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 7348 4088 965 .

Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.

 

 

Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein

Xpert.Digital to centrum przemysłowe skupiające się na cyfryzacji, inżynierii mechanicznej, logistyce/intralogistyce i fotowoltaice.

Dzięki naszemu rozwiązaniu 360° Business Development wspieramy renomowane firmy od pozyskiwania nowych klientów po obsługę posprzedażową.

Nasze narzędzia cyfrowe obejmują analizę rynku, smarketing, automatyzację marketingu, tworzenie treści, PR, kampanie mailingowe, spersonalizowane media społecznościowe i pielęgnowanie potencjalnych klientów.

Więcej informacji znajdziesz na stronach: www.xpert.digital – www.xpert.solar – www.xpert.plus