Loading...
 

6.3 Ogniwa z elektrodami z tyłu

Ogniwo z elektrodami z tyłu, z naprzemiennym tylnym kontaktem, wykonane w technologii IBC (ang. Interdigitated Back Contact) jest alternatywnym podejściem do produkcji ogniw o wysokiej wydajności. Zmniejszenie cieniowania ogniwa fotowoltaicznego przez elektrodę przednią zapobiega zmniejszeniu energii słonecznej docierającej do ogniwa (elektrody umiejscowiono z tyłu ogniwa).
Strukturę ogniwa typu IBC pokazano na Rys. 1. Światło przechodzi przez warstwę stabilizującą \( SiO_2 \) do wnętrza ogniwa, zbudowanego z wafla monokrystalicznego typu n. Oba styki znajdują się na tylnej powierzchni ogniwa. Powstające ekscytony rozpadają się na ładunki, które dyfundują do obszarów p i n bezpośrednio nad obszarami styku (w tych obszarach usunięto tlenek z tylnej powierzchni). Zarówno złącze typu n, jak i typu p leżą po nieoświetlonej stronie ogniwa pod metalizacją stykową. Schemat ogniwa typu IBC zaprezentowano na Rys. 1a, gdzie pokazano kontakty w postaci grzebieni. Rys. 1b natomiast pokazuje kontakty zbierające ładunki zgromadzone w półprzewodniku typu n oraz typu p ogniwa.

Ogniwo fotowoltaiczne wykonane w technologii IBC. Oprac. własne.
Rysunek 1: Ogniwo fotowoltaiczne wykonane w technologii IBC. Oprac. własne.


Konstrukcja ogniw tylnego styku została udoskonalona na Uniwersytecie Stanforda w latach 80-tych [1]. W latach 90-tych powstała nowa firma SunPower, która skomercjalizowała tę technologię, produkując panele ogniw fotowoltaicznych w technologii IBC z początkowym osiągnięciem \( 22,5\% \) wydajności. Na początku 2000 r. produkcja została znacznie uproszczona i rozszerzona. Obecnie firma SunPower wytwarza ogniwa typu IBC, które osiągają wydajność \( 24,2\% \). Osiągi wydajności zarówno ogniw (na poziomie \( 24,2\% \)), jak i paneli (na poziomie \( 22,4\% \)) zostały potwierdzone przez niezależne gremia [2]. Z kolei, firma Trina Solar poinformowała, że jej Główne Państwowe Laboratorium ustanowiło nowy rekord wydajności wynoszący \( 25,04\% \) dla monokrystalicznego krzemowego ogniwa typu n, wykonanego w technologii IBC. Wynik ten został niezależnie potwierdzony przez Japońskie Technologiczne Laboratorium Bezpieczeństwa Elektrycznego i Środowiska (JET) [3].
Szkic obecnej struktury ogniw komercyjnych przedstawiono na Rys. 2 [4], [5]. Należy zauważyć, że dyfuzja fosforu jest używana wzdłuż oświetlonej powierzchni, w celu kontrolowania rekombinacji wzdłuż tej powierzchni [6].

Ogniwo fotowoltaiczne wykonane w technologii typu IBC. Oprac. własne.
Rysunek 2: Ogniwo fotowoltaiczne wykonane w technologii typu IBC. Oprac. własne.


Ogniwo fotowoltaiczne typu IBC ma wiele zlokalizowanych złącz, zamiast jednego dużego złącza p-n. Pary elektron-dziura, generowane przez padające światło, które jest absorbowane na przedniej powierzchni, mogą być zbierane z tyłu ogniwa. Interfejsy półprzewodnik-metal są tak małe, jak to tylko możliwe, aby zmniejszyć niepożądaną rekombinację. Jak pokazano na Rys. 2, tył ogniwa fotowoltaicznego typu IBC ma dwa metalowe grzebienie. Jeden zbiera prąd z kontaktu typu n, a drugi zbiera prąd z kontaktu typu p. Przednie pole powierzchni jest tworzone przez mocno domieszkowany krzem typu n, w celu zmniejszenia rekombinacji na tej powierzchni. Jednak intensywność domieszkowania zmniejsza się stopniowo w kierunku tyłu, aby działać jako obszar półprzewodnika typu p. Przednia powierzchnia jest teksturowana i osadzona w dwuwarstwowej powłoce antyrefleksyjnej. Działa ona jako pasywująca (dwutlenek krzemu) na przedniej stronie ogniwa.

Ogniwo fotowoltaiczne typu IBC z przodu oraz z tyłu. Oprac. własne.
Rysunek 3: Ogniwo fotowoltaiczne typu IBC z przodu oraz z tyłu. Oprac. własne.


Na Rys. 3 pokazano zdjęcie ogniwa z przodu, którego kolor jest jednorodnie ciemny, natomiast zdjęcie ogniwa z tyłu pokazuje wyraźnie ustawienie elektrod, które są grzebieniami zbierającymi ładunki. Elektrody zbierające nie zacieniają powierzchni, przez którą promienie słoneczne mogą dotrzeć do wnętrza ogniwa i spowodować powstanie ekscytonu.
Ogniwo fotowoltaiczne typu IBC jest najbardziej skomplikowane technologicznie, ale ma najwyższą wydajność wśród ogniw krzemowych, produkowanych masowo. Zasadniczo struktura ogniwa wykonanego w tej technologii ma kilka zalet w stosunku do budowy konwencjonalnych ogniw fotowoltaicznych. Najbardziej oczywista jest eliminacja zacienienia powodowanego przez elektrodę przednią, co w generowanym prądzie może dać przyrost \( 5-7\% \). Istotna jest także niższa rezystancja szeregowa podczas przepływu prądu w stykach, ze względu na to, że styki z tyłu zajmują prawie całą tylną powierzchnię, więc odległość między nimi jest niewielka. Ponadto, dużą zaletą jest oddzielenie optymalizacji optycznej, przeprowadzanej z przodu, od optymalizacji elektrycznej, wykonywanej z tyłu.

Bibliografia

1. R. J. Schwartz: Review of Silicon Solar Cells for High Concentrations, Solar Cells 1982, Vol. 6, Iss. 1, pp. 17-38, dostęp:14.12.2020
2. M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E. D. Dunlop: Solar Cell Efficiency Tables (Version 42), Progress in Photovoltaics 2013, Vol. 21, Iss. 5, pp. 827-837, dostęp:14.12.2020
3. Rekord sprawności ogniwa: Magazyn Fotowoltaika, dostęp:13.10.2020
4. M. A. Green, J. Hansen: Catalogue of Photovoltaic Drawings, Photovoltaics Special Research Centre – University of New South Wales, Sydney 2002.
5. R. R. King, R. A. Sinton, R. M. Swanson: Front and Back Surface Fields for Point-Contact Solar Cells, Conference Record of the Twentieth IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Las Vegas, NV, USA, 26-30 Sept. 1988, pp. 538-544.
6. R. Swanson: Photovoltaics: The Path from Niche to Mainstream Supplier of Clean Energy, Solar Power, San Jose 2006.

Ostatnio zmieniona Czwartek 15 z Kwiecień, 2021 10:08:31 UTC Autor: Konstanty Marszałek, Katarzyna Dyndał, Gabriela Lewińska
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.