Każdy materiał absorbera fotowoltaicznego może optymalnie przekształcić tylko ograniczony zakres długości fal światła słonecznego w energię elektryczną, podczas gdy inne długości fal widma słonecznego są wykorzystywane słabo lub wcale. Wynika to głównie z elektronicznego pasma wzbronionego, nieodłącznej właściwości materiału. W związku z tym maksymalna sprawność konwersji ogniw słonecznych wykonanych tylko z jednego materiału jest ograniczona maksymalnie do około 30%, w zależności od materiału.
Tandem lub wiele ogniw słonecznych wykorzystuje dwa lub więcej absorberów fotowoltaicznych, każdy o innych właściwościach. Łącząc ogniwa słoneczne z różnymi pasmami wzbronionymi w pionowy stos tandemowy, widmo słoneczne można wykorzystać znacznie wydajniej. Górne ogniwa słoneczne w monolitycznych stosach mają duże pasmo wzbronione i przetwarzają światło UV i niebieskie na energię elektryczną. Dolne ogniwa słoneczne w stosie mają mniejsze pasmo wzbronione i wydajnie przekształcają światło czerwone i podczerwone w energię elektryczną. W połączeniu możliwe jest osiągnięcie znacznie wyższych wydajności.
Wyższa wydajność ogniw słonecznych i jeszcze większa redukcja kosztów energii słonecznej to cele pracy nad tandemową fotowoltaiką. Technologia ta jest obecnie jedną z najszybciej rozwijających się technologii solarnych. W przyszłości pozwoli pokonać limit 29,4% Augera dla jednozłączowych krzemowych ogniw słonecznych. Przy oczekiwanej wyższej wydajności tandemowych ogniw słonecznych można osiągnąć wyższą wydajność energetyczną na tej samej wielkości powierzchni. Stwarza to potencjalne oszczędności materiałaowe do budowy ogniw i modułów słonecznych – ważny aspekt w odniesieniu do zrównoważonego rozwoju fotowoltaiki.
Udane badania nad tandemową fotowoltaiką rozpoczęły się w Fraunhofer ISE ponad trzydzieści lat temu od wielozłączowych ogniw słonecznych III-V. Dzięki tym badaniom osiągnięto kilka światowych rekordów. Nowe materiały perowskitowe, doprowadziły do powstania bardzo wydajnych ogniw słonecznych. Obecnie nacisk kładzie się na optymalizację najbardziej obiecujących absorberów fotowoltaicznych w celu osiągnięcia wysokich wydajności i przeniesienia fotowoltaiki tandemowej do produkcji przemysłowej.
Łącząc doświadczenie w półprzewodnikach III-V z wieloletnim doświadczeniem w badaniach i rozwoju krzemowych ogniw słonecznych, Fraunhofer ISE jest dobrze przygotowany do sprostania wyzwaniom szybko rozwijającej się technologii tandemowej. W nowym, ultranowoczesnym budynku laboratoryjnym „Centrum Wysokowydajnych Ogniw Słonecznych” ISE dysponuje ponad 1000 m2 nowej powierzchni laboratoryjnej. Pomaga to Instytutowi Fraunhofera w dalszym utrzymaniu międzynarodowej pozycji w tej konkurencyjnej dziedzinie i znacząco przyspiesza transformację energetyczną.
Zdjęcie główne: Zautomatyzowane łączenie ogniw w Module-TEC
Źródło: ©Fraunhofer ISE
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
