Niedrogie, wysokosprawne ogniwa słoneczne

Ogniwa fotowoltaiczne (PV) można teraz zobaczyć na dachach i fermach słonecznych w całej Europie, jednak ich powszechne zastosowanie jest hamowane przez wysokie koszty i ograniczoną sprawność. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu "Nanomaterials and nanotechnology for advanced photovoltaics" (NANOPV) zajmowali się aktualnymi ograniczeniami dotyczącymi produkcji masowej oraz urządzeniami do wytwarzania ogniw PV z nanomateriałów.

Konsorcjum badało szereg różnych materiałów tego rodzaju, począwszy od kropek kwantowych, nanokryształów i nanocząsteczek po jednowymiarowe nanoprzewody i nanopręty, a nawet dwuwymiarowe ultracienkie nanowarstwy. Oprócz materiałów pozwalających zwiększyć sprawność ogniw naukowcy opracowali opłacalne wielkoskalowe procesy i urządzenia nadające się do wykorzystania w istniejących pilotażowych, jak i przemysłowych liniach produkcyjnych.

Nanomateriały mogą znacząco zwiększyć sprawność ogniw dzięki lepszemu wykorzystaniu widma elektromagnetycznego oraz większemu zakresowi długości fal. Założono osiągnięcie ponad 20% poprawy sprawności w przypadku urządzeń opartych na płytkach krzemowych oraz ponad 15% w przypadku ogniw opartych na cienkich warstwach krzemowych. Naukowcy przeanalizowali także tanie ogniwa słoneczne wykonane w całości z nanomateriałów.

Uzyskano imponującą sprawność przy użyciu przezroczystych przewodzących nanoprzewodów tlenkowych, nanoprzewodów krzemowych oraz nanowarstw z wbudowanymi nanocząsteczkami krzemu lub indu. Zaprojektowano i zbudowano ogniwa słoneczne w oparciu o te koncepcje.

Przy pomocy maszyn przemysłowych wyprodukowano ogniwa oparte na płytkach krzemowych o sprawności przekraczającej 20%. Zdefiniowano koncepcje łańcuchów urządzeń produkcyjnych dla trzech najbardziej obiecujących koncepcji ogniw słonecznych.

Zespół ustanowił docelowy koszt na poziomie dużo poniżej 1 euro za Watt mocy szczytowej, czyli maksymalnej mocy wyjściowej dla panelu słonecznego o powierzchni jednego metra kwadratowego w temperaturze 25 stopni Celsjusza. Stworzono platformę technologiczną obejmującą cały łańcuch wytwarzania, aby w pełni wykorzystać technologię taniej i wysokoprzepustowej produkcji. Uczestnikom projektu NANOPV udało się osiągnąć docelowy pułap kosztów dzięki efektywnemu przetwarzaniu nanomateriałów.

Projekt NANOPV przyczynił się do opracowania bezpiecznego i niedrogiego źródła energii opartego na zrównoważonych urządzeniach PV. Technologie te pomogą poprawić konkurencyjność UE na tym innowacyjnym rynku.