BSC – Bifaciala solceller: Historien om bifaciala eller tvåytors solceller

En kiselsolcell patenterades först 1946 av Russell Ohl medan han arbetade på Bell Labs, och demonstrerades offentligt 1954 av Fuller, Chapin och Pearson vid samma forskningsinstitution; dessa tidiga förslag var dock monofaciala celler, vars baksida inte var avsedd att vara aktiv.

Den första teoretiskt föreslagna bifaciala solcellen finns i ett japanskt patent daterat 4 oktober 1960 av Hiroshi Mori, som arbetade för Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), som senare blev Sharp Corporation. Den föreslagna cellen var en pnp bifacial struktur med kontaktelektroder på två motsatta kanter.

De första demonstrationerna av bifaciala solceller och paneler genomfördes dock som en del av det sovjetiska rymdprogrammet på de militära LEO-rymdstationerna Saljut 3 (1974) och Saljut 5 (1976). Dessa bifaciala solceller utvecklades och tillverkades av Bordina et al. vid VNIIT (All Union Scientific Research Institute of Energy Sources) i Moskva, som blev den ryska solcellstillverkaren KVANT 1975. År 1974 lämnade detta team in ett amerikanskt patent och föreslog cellerna i form av mini-parallella rör med en maximal storlek på 1 mm x 1 mm x 1 mm, seriekopplade för att uppnå en densitet på 100 celler/cm². Precis som med dagens BSC:er föreslog de användning av isotypiska pp+-föreningar nära en av de ljusmottagande ytorna. I Saljut 3 visade små experimentella paneler med en total cellyta på 24 cm² en ökning av energiproduktionen per satellitomloppsbana på upp till 34 % jämfört med de monofaciala paneler som användes vid den tiden, på grund av jordens albedo. Under rymdstationsfärden Saljut 5 observerades en vinst på 17–45 % genom användning av bifaciala paneler (0,48 m² – 40 W).

Parallellt med denna ryska forskning, på andra sidan järnridån, bedrev halvledarlaboratoriet vid School of Telecommunication Engineering vid Madrids tekniska universitet, under ledning av professor Antonio Luque, självständigt ett omfattande forskningsprogram för att utveckla industriellt tillämpbara bifaciala solceller. Medan Moris patent och VNIIT-KVANT-rymdskeppsprototyperna baserades på små celler utan metallnät på ytan och därför var komplext sammankopplade, mer i stil med mikroelektroniska anordningar som fanns i sin linda, skulle Luque lämna in två spanska patent 1976 och 1977 och ett i USA 1977, vilka var föregångare till moderna bifaciala celler. Luques patent var de första som föreslog BSC:er med en cell per kiselskiva, vilket var fallet med monofaciala celler vid den tiden och fortfarande är idag, med metallnät på båda ytorna. De beaktade både npp+- och pnp-strukturer.

Utvecklingen av BSC:er i halvledarlaboratoriet behandlades på ett tredelat sätt, vilket resulterade i tre doktorsavhandlingar av Andrés Cuevas (1980), Javier Eguren (1981) och Jesús Sangrador (1982). De två första handleddes av Luque och den tredje av Dr. Gabriel Sala från samma grupp. Cuevas avhandling handlade om konstruktionen av Luques första patent från 1976, vilket på grund av sin transistorliknande npn-struktur kallades "transcellen". Egurens avhandling fokuserade på att demonstrera Luques andra patent från 1977, med en npp+-dopningsprofil där pp+-isotopövergången är belägen intill cellens bakyta, vilket skapar det som vanligtvis kallas "bakytefältet" (BSF) inom solcellsteknik. Detta arbete ledde till flera publikationer och ytterligare patent. I synnerhet var den gynnsamma effekten av att minska p-dopningen i basen signifikant, eftersom minskningen av spänningen vid emitterövergången (främre pn-övergången) kompenserades av en spänningsökning vid den bakre isotypiska övergången, samtidigt som en större diffusionslängd för minoritetsbärvågor möjliggjordes, vilket ökar strömutgången under bifacial belysning. I Sangradors avhandling och tredje utvecklingsmetod vid Madrids tekniska universitet föreslogs den så kallade vertikala, kantbelysta multiövergångssolcellen, där p+nn+ celler staplas och seriekopplas och belyses från sina kanter. Dessa är högspänningsceller som inte kräver ett ytmetallnät för strömgenerering.

År 1979 omvandlades halvledarlaboratoriet till Institutet för solenergi (IES-UPM), som med Luque som sin första chef fortsatte intensiv forskning om bifaciala solceller in i 2000-talets första decennium. Till exempel utvecklade och producerade två brasilianska doktorander vid Institutet för solenergi, Adriano Moehlecke och Izete Zanesco, tillsammans med Luque, 1994 en bifacial solcell som uppnådde 18,1 % effektivitet på framsidan och 19,1 % på baksidan; ett bifacialt rekord på 103 % (vid den tiden var rekordeffektiviteten för monofaciala celler strax under 22 %).

 

 

• Planering av solceller på lager, kommersiella byggnader och industribyggnader
• Industrianläggning: Planering av ett solcellssystem för öppet fält eller öppet område
• Planering av solenergianläggningar med solcellslösningar för speditionsföretag och kontraktslogistik
• B2B solsystem och solceller och konsulttjänster

• Bygga och planera en solcellscarport

Konsultation om solcellsmoduler med Xpert.Solar – hjälp och tips för rätt och lämplig solcellsmodul

Jag skulle gärna fungera som din personliga rådgivare.

Du kan kontakta mig genom att fylla i kontaktformuläret nedan eller helt enkelt ringa mig på +49 7348 4088 965 .

Jag ser fram emot vårt gemensamma projekt.

 

 

Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein

Xpert.Digital är ett nav för industrin med fokus på digitalisering, maskinteknik, logistik/intralogistik och solceller.

Med vår 360° affärsutvecklingslösning stödjer vi välrenommerade företag från nya affärer till eftermarknadsförsäljning.

Marknadsinformation, smarketing, marknadsautomation, innehållsutveckling, PR, utskick, personliga sociala medier och lead nurturing är en del av våra digitala verktyg.

Du hittar mer information på: www.xpert.digital – www.xpert.solar – www.xpert.plus