Holenderska Organizacja Zastosowań Nauki (TNO) we współpracy z holenderskimi i niemieckimi partnerami przemysłowymi pracuje nad tandemowym modułem fotowoltaicznym, który będzie gotowy do wprowadzenia na rynek. Tandemowy moduł słoneczny składa się z perowskitowo-krzemowych ogniw zbudowanych warstwowo. Dzięki użytym materiałom taka konfiguracja ogniwa może osiągać wyższą wydajność niż obecne moduły fotowoltaiczne (PV) zbudowane wyłącznie na bazie krzemu. Efektem zastosowania ogniw perowskitowo-krzemowych o wyższej wydajności jest większa moc uzyskana z 1 m2 modułu i niższy koszt 1 kWh.
Technologia monolitycznych ogniw tandemowych zastosowana w tym projekcie opiera się na komercyjnych ogniwach PERC c-Si z płaską stroną przednią, co pozwala uniknąć złożoności związanej z teksturą powierzchni krzemu. Opracowywane moduły będą również dwustronne, aby zwiększyć wydajność prądową i energetyczną, a ponadto będą wyposażone w hermetyzację szkło-szkło w celu ochrony ogniw perowskitowych przed wilgocią.
Zazwyczaj moduły fotowoltaiczne, dzięki badaniom i rozwojowi technologii, zwiększają swoją średnią wydajność konwersji o 0,5% rocznie. Skutkuje to ciągłym obniżaniem ceny za kWh produkowanej energii elektrycznej przez fotowoltaikę. Jednak wydajność konwersji energii konwencjonalnych modułów fotowoltaicznych na bazie krzemu osiągnie swój technologiczny limit za 3–5 lat. Utrzymanie tego pozytywnego trendu, który z pewnością ulegnie wyhamowaniu, będzie coraz bardziej kosztowne, jeżeli w ogóle możliwe.
Wysoka wydajność konwersji, opłacalność i niższy ślad węglowy są szczególnie ważne dla Europy z dwóch powodów. Z jednej strony ze względu na ograniczoną dostępność odpowiednich powierzchni do rozmieszczenia fotowoltaiki i wysokie koszty gruntów i ich dzierżawy, a z drugiej ze względu na cele klimatyczne Unii Europejskiej i wrażliwość społeczeństwa na zmiany klimatu, które są motorem przejścia na zrównoważoną energię.
Tandemy
Urządzenia tandemowe mogą osiągnąć wyższą wydajność niż ogniwa słoneczne z jednym złączem (p-n) ze względu na lepsze wykorzystanie widma słonecznego. Powstające obecnie ogniwa tandemowe łączą komercyjną technologię krzemową dla dolnego urządzenia (ogniwa krzemowego) z technologią perowskitu stanowiącą dodatkową, górną warstwę. Perowskit oferuje wysoce wydajną konwersję światła ultrafioletowego i widzialnego oraz doskonałą przezroczystość na światło bliskiej podczerwieni. Projekt ma na celu opracowanie uproszczonego podejścia do technologii tandemowej w celu przyspieszenia jej wprowadzenia na rynek. Polega to na wykorzystaniu dotychczasowych doświadczeń partnerów i minimalizowaniu złożoności przetwarzania.
– Zadaniem wspólnego projektu badawczego FIT4 Market jest zidentyfikowanie najlepszych praktyk w zakresie rozwoju ogniw dwuwarstwowych z wykorzystaniem ogniw perowskitowych i krzemowych w celu opracowania modułów tandemowych o konkurencyjnym LCOE oraz wiodącej w branży niezawodności i wydajności – mówi Jorg Muller, Head of Cell R&D w Qcells. – Qcells wniesie do projektu swoją specjalistyczną wiedzę na temat ogniw krzemowych, a nasz zespół z krajów Beneluksu będzie nadzorował testy terenowe w celu zmierzenia rzeczywistej wydajności energetycznej i trwałości – dodaje.
Maarten Ribbens, szef zespołu z krajów Beneluksu, powiedział: – Obecna pozycja Qcells jest wynikiem głębokiego zrozumienia rynku i potrzeb klientów. Jesteśmy niezwykle podekscytowani i szczęśliwi, że możemy być częścią tego konsorcjum wspierającego rozwój tej nowatorskiej technologii słonecznej. TNO rozwija swoją technologię tandemową od 2016 r., a nieliczni partnerzy przemysłowi mają nadzieję na wdrożenie tej technologii do masowej produkcji. Jednak technologia tandemowych modułów fotowoltaicznych wymaga obecnie dalszego rozwoju skalującego, zanim będzie gotowa do wprowadzenia na rynek w branży.
Rozpoczyna się nowa era PV
Projekt FIT4 Market zweryfikuje, czy moduł tandemowy oparty na obecnie używanych ogniwach dolnych PERC jest możliwy do produkcji przemysłowej, konkurencyjny pod względem wydajności i kosztów oraz konkurencyjny pod względem stabilności. Ponadto testy terenowe dostarczą danych, które zwiększą akceptowalność bankową. Projekt będzie również wchodzić w interakcje z użytkownikami końcowymi nowej technologii. Holenderski rynek fotowoltaiczny jest szczególnie zainteresowany innowacyjnymi produktami ze względu na ograniczoną dostępność gruntów w Holandii oraz możliwość optymalnego wykorzystania komercyjnych dachów do wytwarzania energii. Wszystko to zapewni wsparcie dla dalszego wdrażania technologii w Europie. Oczekuje się, że w rezultacie wydajność konwersji mocy modułów PV w technologii tandemowej może osiągnąć ponad 300 Wp/m2 (moduły konwencjonalne osiągają dziś wyniki w dolnym zakresie 200 Wp/m2).
Konsorcjum FIT4 Market łączy wiedzę specjalistyczną i wiedzę organizacji holenderskich i niemieckich. TNO pełni funkcję koordynatora projektu i będzie dalej rozwijać perowskit o dużej powierzchni na krzemowych ogniwach będących spodnią warstwą. SMIT Thermal Solutions opracuje model ramowy do dalszego skalowania. Górne warstwa perowskitowa tandemu zostanie naniesiona poprzez nadrukowanie. Proces perowskitowy obejmujący etap osadzania warstwy atomowej na część krzemową opracowany został przez firmę Levitech. Qcells dostarczy dolne ogniwa, przy udziale Temppress i TNO w technologii emiterów. TNO zastosuje przemysłowe połączenia modułów i hermetyzację zgodną z wymaganiami dotyczącymi perowskitu. Yparex zoptymalizuje materiał kapsułkujący (hermetyzujący) pod kątem najlepszej kompatybilności z właściwościami materiału perowskitowego. Ponadto Qcells Benelux przetestuje laminaty dla tandemów w terenie.
FIT4 Market, czteroletni projekt badawczy finansowany przez Holenderską Agencję Przedsiębiorczości (RVO), pomoże w redukcji emisji CO2 do 2030 r., wspierając w ten sposób krajowe cele klimatyczne. Oprócz tego jest to krok w przywracaniu produkcji PV do Europy i odbudowie konkurencyjnego łańcucha dostaw fotowoltaiki. Projekt jest współfinansowany z dotacji Topsector Energy Ministerstwa Gospodarki i Polityki Klimatycznej, realizowanej przez Holenderską Agencję Przedsiębiorczości (RVO).
Oprac.: Mirosław Grabania
Zdjęcie główne: Tandemowy zewnętrzny ośrodek testowy w TNO
Źródło: TNO
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
