Przyszłość w jaśniejszych barwach? Obróbka przeciwstarzeniowa paneli słonecznych

"Jesteśmy w stanie zaobserwować to obniżenie skuteczności działania, jednak nie rozumiemy w pełni tego zjawiska" – mówi pani profesor, wyjaśniając, że wydajność energetyczna ogniw słonecznych maleje wraz z upływem czasu. "Obecnie zjawisko to odpowiada za utratę nawet 20% wydajności, jednak jego przyczyny nadal nie są znane. W branży podejmowane są próby rozwiązania tego problemu poprzez wykorzystanie komponentów wyższej jakości, droższych materiałów lub innych domieszek do krzemu, jednak do tej pory nie udało się opracować żadnego ekonomicznego rozwiązania".

Tutaj właśnie przydatne okazało się doświadczenie profesor Savin w dziedzinie inżynierii elektronicznej. Profesor Savin studiowała mikroelektronikę na Technicznym Uniwersytecie Helsińskim, a obecnie kieruje grupą ds. fizyki elektronowej na wydziale mikro- i nanonauk w Instytucie Inżynierii Elektrycznej na Uniwersytecie Aalto w Finlandii.

Rozumowanie, u którego podstaw leży miedź

W ostatnich latach dało się zaobserwować pewną zbieżność technologii i materiałów używanych w mikroelektronice oraz krzemowych fotowoltaicznych ogniwach słonecznych. Prof. Savin próbuje obecnie wykorzystać wyniki swoich wcześniejszych badań przy rozwiązywaniu problemu związanego z tą nową dziedziną.

"Zgodnie z moją hipotezą, za obniżenie wydajności energetycznej odpowiadają reagujące na światło zanieczyszczenia miedziowe w krzemie" – mówi. "W krzemie używanym w dużych ogniwach fotowoltaicznych zawsze obecna jest miedź – są to zanieczyszczenia pierwotne lub wprowadzone w procesie produkcji. Taka miedź może się poruszać i rozprzestrzeniać w krzemie, nawet w temperaturze pokojowej".

"Pisząc doktorat, badałam występowanie miedzi w podzespołach mikroelektronicznych, a w szczególności zanieczyszczenia miedziowe w krzemie" – kontynuuje prof. Savin. "Do wzbudzenia aktywności elektrycznej miedzi używałam światła. Celem było uzyskanie tego efektu, jednak według mojej hipotezy zjawisko to wyjaśnia również degradację ogniw fotowoltaicznych, którą pragną wyeliminować przedstawiciele tej branży. Wystawienie ogniwa fotowoltaicznego na działanie promieni słonecznych sprawia, że zanieczyszczenia miedziowe stają się elektrycznie aktywne, poruszają się i gromadzą, w związku z czym istniejące skupiska rosną i właśnie to powoduje degradację ogniw fotowoltaicznych i zakłócenia w przepływie prądu elektrycznego".

Grupa badawcza profesor Savin pracuje zatem nad rozwiązaniem obejmującym zastosowanie ładunku ujemnego na powierzchni krzemu poprzez wykorzystanie właściwości izolacyjnych ochronnych powłok oksydowanych stosowanych w wielu ogniwach fotowoltaicznych. Powierzchnia przyciąga wówczas jony miedzi, zapobiegając tworzeniu przez nie skupisk, dzięki czemu przepływ energii elektrycznej pozostaje niezakłócony.

"Efekt degradacji zostaje spowolniony, w związku z tym doświadczenia zajmują wiele dni" – mówi prof. Savin. "Grant ERBN umożliwił nam koncentrowanie się na rozwiązaniu tego problemu przez pięć kolejnych lat (pomagał mi zaangażowany w tę problematykę uczestnik stażu podoktorskiego i doktorant) oraz korzystanie z dostępnych w ośrodku Micronova specjalistycznych narzędzi do kontrolowania poziomów zanieczyszczenia miedzią".

Micronova to krajowa infrastruktura badań z dziedziny mikro- i nanotechnologii, którą kieruje Fińskie Centrum Badań Technicznych VTT oraz Uniwersytet Aalto. Dostępny tam specjalistyczny sprzęt umożliwia prof. Savin badanie wyłącznie skutków oddziaływania miedzi na krzem, przy równoczesnym wyeliminowaniu innych zanieczyszczeń.

"Jest to projekt obejmujący nauki podstawowe, jednak wydajność produkcji rozwiązań fotowoltaicznych oraz zapotrzebowanie rynkowe na tę technologię już są ogromne, w związku z czym sukces tego przedsięwzięcia miałby znaczący wpływ na rozwiązania technologiczne oraz mógłby stosunkowo szybko zapewnić nowe zastosowania" – mówi prof. Savin. "Jednak z drugiej strony, nawet jeśli rozwiązanie nie okaże się skuteczne na skalę przemysłową, dogłębniejsze zrozumienie zagadnień naukowych związanych z tym efektem również może być znaczącym wynikiem, który doprowadzi nas do kolejnych, lepszych rozwiązań w przyszłości". Po energii wodnej i wiatrowej, energia słoneczna czerpana z ogniw fotowoltaicznych już teraz jest trzecim pod względem ważności źródłem energii odnawialnej. Na całym świecie zainstalowane są urządzenia o mocy ponad 100 GW. Zatem kontynuując swoje badania, prof. Savin może pomóc w przybliżeniu rewolucji energetycznej, której podstawą jest niezawodna energia odnawialna.

"Chciałabym, by opracowana przeze mnie technologia znalazła zastosowanie w światowej branży fotowoltaicznej" – mówi na zakończenie prof. Savin.

- Źródło: Prof. Hele Savin
- Koordynator projektu: Instytut Inżynierii Elektrycznej na Uniwersytecie Aalto, Finlandia
- Tytuł projektu: Riddle of light-induced degradation in silicon photovoltaics
- Akronim projektu: SOLARX
- strona internetowa instytucji
- Siódmy program ramowy (7PR) (Nabór wniosków do ERBN): Grant dla początkujących naukowców 2012
- Finansowanie przez KE 850 000 EUR
- Czas trwania projektu 5 lat