Ogniwa fotowoltaiczne mają określony zestaw parametrów elektrycznych, który pozwala ocenić ich jakość, a co za tym idzie, także stopień zaawansowania technologicznego. Do najważniejszych możemy zaliczyć prąd zwarcia Isc, napięcie obwodu otwartego Voc, moc maksymalną Pmax czy współczynnik wypełnienia charakterystyki prądowo-napięciowej FF (Fill Factor). Jednak najczęściej podawanym parametrem jest sprawność konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną Eff. Podobnie, jak w przypadku modułów PV, gdzie najważniejszym parametrem z punktu widzenia klienta wydaje się być moc maksymalna, tak w przypadku ogniwa PV jego sprawność jest substytutem jakości. 

Chińska firma Longi ogłosiła, że pobiła obecny rekord sprawności dla krzemowego ogniwa fotowoltaicznego

Longi jest światowym liderem w produkcji modułów fotowoltaicznych. Jednocześnie prowadzi zawansowane prace nad opracowaniem wysokowydajnych ogniw fotowoltaicznych. Rekordowa sprawność ogniwa jaką uzyskało Longi to 26,81 %. Taki wynik został opublikowany na łamach PV Magazine 21 listopada tego roku (link do artykułu) [1]. Nieco wcześniej można było przeczytać o nim w magazynie Progress in Photovoltaics. Podano, że rekord wyniósł 26,8 % +- 0,4 % [2]. Warto podkreślić, że podana sprawność dotyczy ogniwa o powierzchni 274,4 cm2 i jest to powierzchnia całkowita ogniwa.  Poprzedni rekord sprawności w tej kategorii ogniw należał do firmy Kaneka i wynosił 26,7%. Wydawać by się mogło, że jedna dziesiąta procenta to niewiele ale trzeba podkreślić, że poprzedni rekord sprawności należący do Kaneka został pobity w 2017 roku. 

Gdzie znaleźć informacje na temat sprawności ogniw PV ?

Informacje na temat rekordów sprawności ogniw można pozyskać z wielu źródeł. Piszą o nich portale branżowe, piszą portale zajmujące się nowinkami z dziedziny techniki a nawet oprogramowania komputerowego. Można o najważniejszych osiągnieciach przeczytać na dużych platformach informacyjnych. Niemniej zawsze warto sprawdzić dwa ważne źródła . 

Pierwszym jest magazyn Progres in Photovoltaics i publikowane w nim tabele sprawności ogniw i modułów fotowoltaicznych (Solar Cell Efficiency Tables). Magazyn Progres in Photovoltaics to jedno z najważniejszych czasopism naukowych w branży fotowoltaicznej. W czasopiśmie publikowane są najnowsze i najważniejsze osiągnięcia naukowe i to nie tylko te, które dotyczą ogniw o najwyższej sprawności konwersji. Sama tabela sprawności publikowana jest od 1993 roku. Obecna 61 odsłona ukazała się 12 października 2022 roku a poprzednia, 60 edycja, 25 maja 2022. Od samego początku przykładano dużą wagę do tego, aby wyniki tj. rekordowe sprawności były pewne (zmierzone w uznanych laboratoriach w ramach znanych i uznanych kryteriów) oraz aby były łatwo porównywalne z innymi rekordami. Jak mówią sami autorzy, ich celem było aby tabele pokazywały najnowszy stan techniki w obszarze najsprawniejszych ogniw PV oraz aby zachęcały naukowców do poszukiwania jak najlepszych niezależnych laboratoriów badawczych dla potwierdzenia swoich osiągnięć. Powszechnie akceptowalnym spektrum promieniowania dla pomiarów sprawności jest widmo referencyjne - reference spectrum (International Electrotechnical Commission IEC 60904-3, Ed. 2, 2008) [2].

Jeśli chodzi o kryteria to ważne jest także to, w jakim laboratorium zbadano ogniwo oraz jak zdefiniowano jego powierzchnię. 

W pierwszym przypadku do tabeli sprawności załączany jest dodatek, w którym wymieniono laboratoria laboratoria uznane za wiarygodne przez redakcję Są to [2]: 

    • Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) – z Australii
    • European Solar Test Installation (ESTI) – z Włoch 
    • Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE - ISE CalLab – z Niemiec
    • Institut für Solarenergieforschung GmbH (ISFH) – z Niemiec
    • Japan Electrical Safety & Environment Technology Laboratories (JET) – z Japonii
    • National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) – z Japonii
    • National Photovoltaic Industry Metrology and Testing Center (NPVM) – Z Chin 
    • National Renewable Energy Laboratory (NREL) – z USA

Ważne jest także aby prawidłowo zdefiniować powierzchnię badanego ogniwa (ma to niebagatelne znaczenie przy wyliczaniu sprawności konwersji). Dopuszczalne są trzy przypadki [2]. 

Rys.1. Schematy pokazujące w jaki sposób definiujemy powierzchnię mierzonego ogniwa PV, źródło: Solar cell efficiency tables (Version 61), Prog Photovolt Res Appl. 2022;1–14, [2]

Pierwszy to powierzchnia całkowita ogniwa – Total area, drugi to powierzchnia przesłony (apertury) – Aperture area i trzeci zdefiniowana powierzchnia maski – Designated area przy czym w tym przypadku ważne jest także to, żeby otwór w masce miał kształt kwartału lub prostokąta ewentualnie koła [2]. 

Dodatkowo w artykule, który zwiera opisywaną tabelę sprawności można liczyć na rzetelny komentarz do zmieniających się wyników (rekordów). 

Drugim ważnym źródłem wiedzy na temat najwyższych sprawności ogniw fotowoltaicznych są informacje publikowane przez NREL. NREL (National Renewable Energy Laboratory), które zostało wyznaczone na laboratorium Narodowe przez prezydenta George'a Busha 16 września 1991 roku. Jednak narodziny organizacji rozpoczęły się ponad dwie dekady wcześniej. Poprzednikiem NREL był Instytutu Badań nad Energią Słoneczną (SERI).

Podobnie jak Progress in Photovoltaic NREL publikuje zbiorcze wyniki rekordów sprawności ogniw PV. Odmienny jest sposób prezentacji. NREL ujmuje je w formie diagramu – Best Research-Cell Efficiences - na którym możemy także prześledzić historyczne dane [3]. 

Rys. 2. Tabela rekordów sprawności ogniw PV na przestrzeni lat. Źródło: Best Research-Cell Efficiences Rev. 06-30-2022, NREL [3]

Dodatkowo w na stornie NREL pojawiła się interaktywna wersja przedstawionej tabeli. Pozwala ona na wybór rodzaju ogniw, dla których chcemy poznać rekordy sprawności, na przestrzeni ostatnich lat.  

Rekord osiągnięty przez chińską firmę LONGi został potwierdzony przez Laboratorium Institut für Solarenergieforschung GmbH (ISFH) i umieszczony w 61 wydaniu tabeli magazynu  Progres in Photovoltaics. 

W artykule wykorzystano ogólnodostępne materiały ze strony NREL oraz z magazynu Progres in Photovoltaics

    1. https://www.pv-magazine.com/2022/11/21/longi-claims-worlds-highest-silicon-solar-cell-efficiency/
    2. Martin A. Green, Ewan D. Dunlop, Gerald Siefer, Masahiro Yoshita, Nikos Kopidakis, Karsten Bothe, Xiaojing Hao, Solar cell efficiency tables (Version 61), Prog Photovolt Res Appl. 2022;1–14
    3. NREL - Best Research-Cell Efficiences Rev. 06-30-2022, https://www.nrel.gov/