Miarą postępu w fotowoltaice są głównie osiągniecia, które pojawiają się w obszarze produkcji ogniw fotowoltaicznych oraz modułów PV. Choć rynek fotowoltaiczny to znacznie więcej materiałów, elementów i urządzeń, takich jak: inwertery, magazyny energii czy konstrukcje nośne, to bez wysokosprawnych ogniw nie byłoby coraz lepszych modułów. Natomiast same moduły fotowoltaiczne to produkt, który trafia bezpośrednio do klientów, którzy chcą czerpać korzyści z produkcji czystej energii elektrycznej. 

Perowskity halogenkowe, oprócz zastosowania w fotowoltaice, są szeroko badane pod kątem wykorzystania w wysokowydajnych ogniwach fotokatalitycznych lub fotoelektrochemicznych (PEC – ang. - photoelectrochemical). Naukowcy z koreańsko-hiszpańsko-czeskiego konsorcjum naukowego opracowali wydajną elektrodę fotoanodową do rozkładu szkodliwych substancji organicznych, konkretnie 2-merkaptobenzotiazolu (MBT) z nanoperowskitu na bazie bromku ołowiu z cezem [S.-Y. Lee, et al., ACS Energy Lett., 2023, 8, 4488−4495].

W pierwszej części artykułu Jak producenci podnoszą sprawność modułów PV pokazaliśmy, że dzieje się to w trzech zasadniczych obszarach: 

  • podnoszenie sprawności ogniw PV,
  • poprawa procesu produkcji modułów PV,
  • zwiększanie wymiarów ogniw i modułów PV.

W tej części opisujemy kolejne sposoby na podniesienie sprawności z obszaru pierwszego, oraz poddajemy analizie obszar drugi i trzeci. 

Obecnie obowiązkowym elementem podnoszącym sprawność ogniw PV jest stosowanie selektywnego emitera. Jest to rozwiązanie, które pozwala połączyć wysokorezystywny emiter z niskorezystywnymi obszarami znajdującymi się pod elektrodą ogniw. To z kolei pozwala na  poprawne wykonanie kontaktów pomiędzy krzemem (emiterem) a przednią elektrodą metalową. W tym miejscu należy przypomnieć, że emiter, a dokładnie warstwa emiterowa ogniwa, to obszar przy jego powierzchni, którego typ przewodnictwa jest przeciwny do typu przewodnictwa materiału bazowego. Taki układ jest konieczny aby powstała struktura diody półprzewodnikowej, której pole wbudowane pomiędzy obszarami o różnym typie przewodnictwa jest konieczne do działania ogniwa PV. Obecnie kiedy coraz częściej, jako materiał bazowy, stosuje się krzem typu n, warstwa emiterowa jest typu p. Jednym z istotnych problemów podczas wytwarzania tej warstwy jest uzyskanie niskiej rekombinacji powierzchniowej. Aby to osiągnąć, stosuje się emitery o coraz niższej rezystancji powierzchniowej (ponadto stosuje się coraz lepsze warstwy pasywujące). Oba te rozwiązania pozwalają na obniżenie prędkości rekombinacji ale jednocześnie znacząco utrudniają  wytworzenie poprawnego kontaktu pomiędzy elektrodą ogniwa a powierzchnią krzemu. Szczególnie dotyczy to wysokiej rezystancji powierzchniowej emitera, gdyż aby uzyskać poprawny kontakt metal-półprzewodnik (srebro-krzem) potrzeba obszaru, którego rezystancja powierzchniowa jest niska. Rozwiązaniem jest wytworzenie obszarów o różnej rezystancji, niskiej pod elektrodami i wysokiej w obszarze pomiędzy nimi. Najczęściej stosowaną techniką jest obecnie selektywne domieszkowanie technikami laserowymi [1-3]. 

W odniesieniu do ogniw kolejnym sposobem na podniesienie sprawności jest stosowanie zwiększonej liczby ścieżek przyłączeniowych BB (Bus Bars). Standardem jest obecnie 10 BB określane jako MBB (Mutli Bus Bar). Jednak producenci już wprowadzają moduły o 16 BB określane często jako MW (Multi Wire) Więcej na ten temat w artykule: Liczba elektrod przyłączeniowych ogniwa PV – trendy rynkowe. 

Ostatnim sposobem na podniesienie mocy i sprawności modułu w obszarze ogniw PV jest produkcja modułów dwustronnych typu bi-facial. Potrzebne są do tego ogniwa, w których obie powierzchnie (przednia i tylna) są aktywne. W konsekwencji, gdy moduł zamontowany jest tak, że część promieniowania słonecznego dociera do jego tylnej powierzchni jego moc rośnie. 

Poprawa procesu hermetyzacji modułów PV

W tym obszarze stosowane są wszelkie udoskonalenia, które związane są z produkcją modułów PV. Typowe szkło o wysokiej transmisji promieniowania słonecznego zastępowane jest takim samym szkłem ale z wytworzoną warstwą przeciwodbiciową. Dzięki temu więcej promieniowania słonecznego trafia do ogniw. 

W odniesieniu do nowych materiałów producenci stosują EVA o zwiększonej transmisji oraz biały tylny plastik zabezpieczający (back sheet) o większym współczynniku odbicia. To drugie rozwiązanie pozwala skierować nieco więcej światła padającego na nieaktywne obszary modułu w kierunku ogniw. Stopniowo zmniejsza się też odstępy między ogniwami co podnosi sprawność całego modułu (więcej w artykule: Dlaczego w module występują przerwy między ogniwami cz.1 oraz cz. 2)

Zwiększanie wymiarów modułów PV

Najprostszym sposobem na zwiększenie mocy (i tylko mocy) modułu PV jest zwiększenie wymiarów stosowanych ogniw albo ich liczby. Z pozoru prosty i oczywisty, lecz w praktyce skuteczny zabieg stosowany przez producentów polega na zwiększeniu liczby ogniw z 60 do 72, co pozwala na stworzenie modułu o jak największej mocy, jednak już niekoniecznie sprawności. Natomiast jeśli chodzi o zwiększanie powierzchni samych ogniw zagadnienie jest bardziej złożone. Dzieje się tak dlatego, że ogniwa wykonywane na większych płytkach są też ogniwami wykonanymi w nowocześniejszych procesach technologicznych, a co za tym idzie mają nie tylko większą powierzchnię ale i większą sprawność. Resumując, obecnie kluczowym parametrem w rankingach najlepszych modułów PV jest właśnie sprawność a nie moc maksymalna. 

Wszystkie wymienione modyfikacje dotyczą wysokosprawnych modułów PV. Te opisane w rozdziale dotyczącym ogniw pomijają jednak jedną technologię a mianowicie BC (Back Contact). Okazuje się, że obecnie to ona feruje ogniwa o najwyższej sprawności konwersji energii, a tym samym na jej bazie można wyprodukować najsprawniejszy moduł PV. W zestawieniu Taiyang News jest to na dzień dzisiejszy moduł AIKO o sprawności 24%. Jednak od kilku miesięcy pojawiają się doniesienia, że modułem który wyraźnie wyprzedzi Aiko będzie moduł MAXEON 7. Jak zbudowany jest ten moduł, jaką ma sprawność oraz co odróżnia go od innych modułów? Te oraz inne zagadnienia omówimy w kolejnym artykule „Najnowszy moduł SunPower – MAXEON 7”. 

W artykule wykorzystano powszechni dostępne informacje oraz dane z: 

  1. Wu, W.; Zhang, Z.; Zheng, F.; Lin, W.; Liang, Z.; Shen, H. Efficiency enhancement of bifacial PERC solar cells with laser-doped selective emitter and double-screen-printed Al grid. Prog. Photovolt. Res. Appl. 2018, 26, 752–760.
  2. Park, J.E.; Choi, W.S.; Jang, J.J.; Bae, E.J.; Lim, D. Effects of Laser Doping on the Formation of the Selective Emitter of a c-Si Solar Cell. Appl. Sci. 2020, 10, 4554. https://doi.org/10.3390/app10134554
  3. J. Weber, S. Gutscher, S. Lohmüller, E. Lohmüller, A. A. Brand, LASER-DOPED SELECTIVE EMITTER - PROCESS DEVELOPMENT AND SPEED-UP, Presented at the 35th European PV Solar Energy Conference and Exhibition, 24-28 September 2018, Brussels, Belgium