BSC – Bifacial Solar Cells: Historia dwustronnych lub dwupowierzchniowych ogniw słonecznych

Krzemowe ogniwo słoneczne zostało po raz pierwszy opatentowane przez Russella Ohla w 1946 r. podczas pracy w Bell Labs i zademonstrowane publicznie przez Fullera, Chapina i Pearsona w tym samym ośrodku badawczym w 1954 r.; Jednak te początkowe propozycje dotyczyły komórek jednofazowych, których tył nie miał być aktywny.

Pierwsze teoretycznie zaproponowane dwustronne ogniwo słoneczne można znaleźć w japońskim patencie z datą pierwszeństwa 4 października 1960 r. Hiroshiego Mori, który pracował dla firmy Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), która później opracowała do dzisiejszej Sharp Corporation. Proponowane ogniwo miało konstrukcję dwukomórkową PNP z elektrodami kontaktowymi na dwóch przeciwległych krawędziach.

Jednak pierwsze demonstracje dwustronnych ogniw i paneli słonecznych przeprowadzono w ramach radzieckiego programu kosmicznego na wojskowych stacjach kosmicznych LEO Salut 3 (1974) i Salut 5 (1976). Te dwustronne ogniwa słoneczne zostały opracowane przez Bordinę i in. opracowany i wyprodukowany w VNIIT (Ogólnounijny Instytut Badań nad Źródłami Energii) w Moskwie, który w 1975 roku stał się rosyjskim producentem ogniw słonecznych KVANT. W 1974 roku zespół ten złożył patent w USA, proponując ogniwa w postaci mini-równoległych rurek o maksymalnych wymiarach 1 mm x 1 mm x 1 mm, połączonych szeregowo w celu uzyskania 100 ogniw/cm2. Podobnie jak w przypadku dzisiejszych BSC, zaproponowali zastosowanie związków izotypowych pp+ w pobliżu jednej z powierzchni odbierających światło. W Salut 3 małe panele eksperymentalne o łącznej powierzchni komórek 24 cm2 wykazały wzrost produkcji energii na obrót satelity ze względu na albedo Ziemi aż o 34% w porównaniu z ówczesnymi panelami jednofazowymi. Podczas lotu stacji kosmicznej Salut 5 zaobserwowano wzrost o 17-45% przy zastosowaniu paneli dwustronnych (0,48 m2 - 40 W).

Równolegle z tymi rosyjskimi badaniami, po drugiej stronie żelaznej kurtyny, laboratorium półprzewodników Szkoły Inżynierii Telekomunikacyjnej Politechniki w Madrycie, kierowane przez profesora Antonio Luque, niezależnie realizuje kompleksowy program badawczy mający na celu opracowanie rozwiązań mających zastosowanie przemysłowe dwustronne ogniwa słoneczne. Chociaż patent Moriego i prototypy VNIIT-KVANT w statku kosmicznym opierały się na maleńkich ogniwach bez metalowej siatki na powierzchni i dlatego były misternie połączone, bardziej w stylu urządzeń mikroelektronicznych niż na ich wczesnych etapach, Luque będzie miał dwa hiszpańskie patenty w latach 1976 i 1977 oraz jeden w Stanach Zjednoczonych w 1977 r., które były prekursorami nowoczesnych komórek dwustronnych. Patenty Luque były pierwszymi, w których zaproponowano BSC z jednym ogniwem na płytkę krzemową, tak jak miało to miejsce w przypadku ogniw jednofazowych wówczas i nadal ma to miejsce dzisiaj, z metalowymi siatkami na obu powierzchniach. Rozważali zarówno strukturę npp+, jak i struktury pnp.

Do rozwoju BSC w laboratorium półprzewodników podjęto potrójne podejście, w wyniku czego powstały trzy prace doktorskie, których autorami byli Andrés Cuevas (1980), Javier Eguren (1981) i Jesús Sangrador (1982), przy czym dwie pierwsze były pod kierunkiem Luque i trzeci autorstwa dr. Gabriel Sala z tej samej grupy. Praca doktorska Cuevasa polegała na skonstruowaniu pierwszego patentu Luque w 1976 roku, który nazwano „transkomórką” ze względu na jego tranzystorową strukturę npn. W swojej rozprawie Eguren odniósł się do demonstracji drugiego patentu Luque z 1977 r., obejmującego profil domieszkowania npp+, w którym złącze izotopowe pp+ przylega do tylnej części ogniwa, tworząc zjawisko powszechnie określane w technologii ogniw słonecznych jako „pole tylnej powierzchni ( BSF). Prace te zaowocowały kilkoma publikacjami i dodatkowymi patentami. W szczególności korzystny efekt ograniczenia domieszkowania p w bazie, gdzie zmniejszenie napięcia w złączu emiterowym (przednim złączu pn) zostało skompensowane wzrostem napięcia w tylnym złączu izotypowym, pozwalając jednocześnie na większą dyfuzję długość nośników mniejszościowych, co zwiększa moc wyjściową przy oświetleniu dwustronnym. W rozprawie doktorskiej Sangradora i trzeciej ścieżce rozwoju na Politechnice w Madrycie zaproponowano tzw. wielozłączowe ogniwo słoneczne z pionowym podświetlaniem krawędziowym, w którym p+nn+ są ułożone i połączone szeregowo oraz oświetlane od ich krawędzi, czyli ogniwa wysokiego napięcia które nie wymagają powierzchniowej siatki metalowej, wymagają wytwarzania energii elektrycznej.

W 1979 roku laboratorium półprzewodników zostało przekształcone w Instytut Energii Słonecznej (IES-UPM), który pod przewodnictwem Luque’a kontynuował intensywne badania nad dwustronnymi ogniwami słonecznymi aż do pierwszej dekady XXI w. Przykładowo w 1994 r. dwóch brazylijskich absolwentów Instytutu Energii Słonecznej w Adriano opracowało i wyprodukowało firmę Moehlecke, a Izete Zanesco wraz z Luque opracowali dwustronne ogniwo słoneczne, które osiągało wydajność 18,1% z przodu i 19,1% z tyłu; rekord dwustronny wynoszący 103% (w tamtym czasie rekordowa wydajność ogniw jednostronnych wynosiła nieco poniżej 22%).

 

 

• Planuj fotowoltaikę dla magazynów, hal handlowych i przemysłowych
• Zakład przemysłowy: Zaplanuj fotowoltaiczny system na wolnym powietrzu lub system na otwartej przestrzeni
• Planuj systemy fotowoltaiczne z rozwiązaniami fotowoltaicznymi dla spedycji i logistyki kontraktowej
• Systemy fotowoltaiczne B2B oraz rozwiązania i doradztwo fotowoltaiczne

• Zbuduj i zaplanuj wiatę fotowoltaiczną

Doradztwo w zakresie modułów fotowoltaicznych z Xpert.Solar – pomoc i wskazówki dotyczące odpowiedniego i odpowiedniego modułu fotowoltaicznego

Chętnie będę Twoim osobistym doradcą.

Możesz się ze mną skontaktować wypełniając poniższy formularz kontaktowy lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 89 89 674 804  .

Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.

 

 

Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein

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

Dzięki naszemu rozwiązaniu do rozwoju biznesu 360° wspieramy znane firmy od rozpoczęcia nowej działalności po sprzedaż posprzedażną.

Wywiad rynkowy, smarketing, automatyzacja marketingu, tworzenie treści, PR, kampanie pocztowe, spersonalizowane media społecznościowe i pielęgnacja leadów to część naszych narzędzi cyfrowych.

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