Pasywacja ogniw fotowoltaicznych

Jeśli zastanawiasz się nad wyborem paneli fotowoltaicznych, mogłeś spotkać się z informacją, że posiadają warstwy pasywacyjne. Poniżej znajdziesz krótkie wyjaśnienie, do czego służy pasywacja i kiedy się ją stosuje w ogniwach fotowoltaicznych.

Ogniwo fotowoltaiczne

Fotowoltaiczne ogniwa krzemowe są obecnie najpopularniejszym rodzajem ogniw do produkcji paneli fotowoltaicznych. Swoją dominację zawdzięczają w znacznej mierze ciągłym usprawnieniom budowy ogniwa krzemowego, zwiększającym sprawność konwersji światła w energię elektryczną, w połączeniu ze znaczącym spadkiem kosztów produkcji.

Ogniwo słoneczne przekształca światło słoneczne w energię elektryczną. Kiedy światło słoneczne pada na powierzchnię ogniwa fotowoltaicznego, wzbudza ono elektrony, które zaczynają się przemieszczać przez ogniwo, wytwarzając prąd elektryczny.

Sprawność ogniwa PV

Rozwój fotowoltaiki jest napędzany wzrostem sprawności paneli fotowoltaicznych. Im większa sprawność, tym mniejsza powierzchnia potrzebna do montażu modułów solarnych. Jednym ze sposobów zwiększenia sprawności jest dodanie warstwy pasywacyjnej, której zadaniem jest ograniczenie strat powstających podczas konwersji energii słonecznej w elektryczną.

Jedną z przyczyn strat podczas konwersji jest zjawisko rekombinacji.

W idealnym scenariuszu wszystkie wzbudzone elektrony przyczyniałyby się do powstawania prądu elektrycznego. Jednak w rzeczywistości ogniwa słoneczne mają drobne niedoskonałości lub defekty na swoich powierzchniach. Defekty te mogą powodować, iż elektrony, które dążą do połączenia się z dziurami, zamiast przemieszczać się przez przewód elektryczny (wytwarzając prąd), powrócą na swoje miejsce „na skróty” nie przyczyniając się do powstania prądu.

Wyjaśnienie różnic pomiędzy elektronami i dziurami znajdziesz tutaj.

Proces ten – wybierania przez elektrony drogi „na skróty” – nazywany jest rekombinacją elektronów i powoduje zmniejszenie sprawności ogniwa słonecznego.

Pasywacja – sposób na wzrost sprawności ogniwa fotowoltaicznego

Pasywacja to technika stosowana w celu ograniczenia rekombinacji elektronów poprzez pasywację lub ograniczenie defektów na powierzchni ogniwa słonecznego. Warstwa ta działa jak bariera, zapobiegając rekombinacji wzbudzonych elektronów z dziurami i zamiast tego kierując je tam, gdzie mogą przyczynić się do wytworzenia prądu elektrycznego – czyli do przewodu elektrycznego.

W wyniku reakcji chemicznej powstaje cienka warstwa pasywacyjna. Warstwy pasywacyjne umieszcza się na przedniej i / lub tylnej powierzchni ogniwa. Najczęściej pomiędzy warstwą krzemu a elektrodą.

Wafel krzemowy – podstawowy surowiec – posiada defekty w momencie wprowadzenia na linii produkcyjnej. Najbardziej widoczne są defekty powierzchniowe pochodzące z procesu cięcia wafli z wlewka, powodujące zakłócenia sieci krystalicznej na obu powierzchniach.

Te zakłócenia w okresowym układzie atomów krzemu powodują luźne wiązania, działające jako źródła rekombinacji. Luźne wiązania (niesparowane elektrony) na powierzchni półprzewodnika powodują wysoki lokalny współczynnik rekombinacji.

Pasywacja jest procesem, w którym eliminuje się wpływ tych defektów, aby zmniejszyć rekombinację powierzchniową nośników ładunku, utrwalając sprawność ogniwa.

Rodzaje ogniw fotowoltaicznych wykorzystujących pasywację

Badania mające zmniejszyć rekombinację doprowadziły do powstania rodziny ogniw krzemowych typu PERC, czyli ogniw ze spodnią pasywacją emitera. Obecnie technologia PERC wypierana jest przez technologię TOPCon.

Pasywacja wyłania się jako jedna z najbardziej obiecujących technik zwiększających sprawność. Pasywacja znacząco obniża wydatki kapitałowe niezbędne do wdrożenia nowej technologii, umożliwiając przełomowe postępy.

Dzięki spodniej pasywacji, promieniowanie słoneczne w zakresie światła czerownego i podczerownego generuje strumień elektronów przy tylnej ściance ogniwa, będąc źródłem dodatkowego ruchu elektronów i wyższej wydajności. W przypadku klasycznego ogniwa, to samo promieniowanie zamieniane jest jedynie na ciepło, przez co instalacja fotowoltaiczna pracuje mniej wydajnie.

Ogniwa PV z warstwą pasywacyjną znajdują zastosowanie zarówno w modułach jednostronnych jak i dwustronnych.

Producenci wykorzystujący technologię pasywacji ogniw to m. in. Qcells, Risen, Jinko, Trina, JA Solar, Longi, REC,

Podsumowanie

• Pasywacja ogniw PV to obecnie najszybsza metoda na wzrost sprawności ogniw.
• Moduły PV typu PERC charakteryzują się tzw. spodnią pasywacją emitera.
• Pasywacja ogniw ma za zadanie ograniczyć przedwczesne łączenie się elektronów z dziurami, zwane rekombinacją.