Loading...
 

6.5 Ogniwa fotowoltaiczne wykonane w technologii HIT

Ogniwo fotowoltaiczne, gdzie cienka warstwa krystalicznego krzemu typu n jest umieszczona pomiędzy dwoma cienkimi warstwami krzemu amorficznego nazwana jest typu HIT (ang. Heterojunction with Intrinsic Thin Layer) to jedno z rozwiązań powstałych w wyniku prac, mających na celu uzyskanie wyższej wydajności ogniw komercyjnych. Ogniwo to łączy w sobie zarówno krystaliczne, jak i amorficzne cechy projektowania ogniw krzemowych w jednej strukturze. Budowę ogniwa fotowoltaicznego typu HIT przedstawiono na Rys. 1.

Schemat ogniwa wykonanego w technologii typu HIT. Oprac. własne.
Rysunek 1: Schemat ogniwa wykonanego w technologii typu HIT. Oprac. własne.


Wewnętrzna cienka warstwa krystalicznego krzemu typu n jest umieszczona pomiędzy dwoma cienkimi warstwami krzemu amorficznego. Ta wewnętrzna warstwa najpierw poddawana jest teksturyzacji ( Rys. 2 ), a następnie pokrywana odpowiednimi warstwami krzemu amorficznego. Przednia warstwa krzemu krystalicznego typu n pokrywana jest amorficznym krzemem a-Si o grubości do 10 nm, a następnie amorficznym krzemem a-Si typu p, tylną natomiast pokrywa się amorficznym krzemem a-Si o grubości do 10 nm i amorficznym krzemem a-Si typu n. Na wierzch z obu stron nakładane są elektrody zbierające ładunki (styki sitodrukowe). Bardzo cienkie wewnętrzne warstwy a-Si, występujące pomiędzy a-Si a krystalicznym podłożem c-Si, mają za zadanie poprawę działania złącza p-n. Na obu domieszkowanych warstwach powstają przezroczyste warstwy tlenku przewodzącego (TCO), a następnie są drukowane ścieżki przewodzące. Metalizacja tyłu jest również grzebieniowa w celu zmniejszenia naprężeń termicznych i mechanicznych, dzięki czemu ogniwo jest symetryczne i możliwe jest wykorzystanie go jako ogniwo dwustronne.

Ogniwo fotowoltaiczne wykonane w technologii HIT. Oprac. własne.
Rysunek 2: Ogniwo fotowoltaiczne wykonane w technologii HIT. Oprac. własne.


Ogniwa zaprojektowane są w taki sposób, aby zredukować zajmowaną przez nie powierzchnię i osiągnąć większą wydajność w stosunku do standardowych ogniw krystalicznych ( Rys. 3 ), które dostępne są na rynku. Ogniwa typu HIT były zaprezentowane przez firmę Sanyo Electric Solar Division, która produkuje tego typu ogniwa w kształcie klasycznym i tzw. plastrze miodu, aby lepiej wykorzystać stosunkowo drogie monokryształy oraz powierzchnię czynną panelu fotowoltaicznego.

Proces wykonania ogniwa w technologii HIT. Oprac. własne.
Rysunek 3: Proces wykonania ogniwa w technologii HIT. Oprac. własne.


Ogniwa tego typu nie są czułe na wyższe temperatury, co powoduje, że ich sprawność w wyższych temperaturach nie ulega zbyt dużym zmianom [1]. Technologia HIT pozwala produkować ogniwa, które wykazują wysoką wydajność w temperaturze 75 \( _{}^{o}\textrm{C} \). Technologia ta zapewnia doskonałą pasywację powierzchni przy stosunkowo niskich temperaturach procesów (poniżej 200 \( _{}^{o}\textrm{C} \)), pozwala zmniejszyć degradację przez cały czas użytkowania ogniwa fotowoltaicznego.

Panel fotowoltaiczny wykonany w technologii typu HIT. Oprac. własne.
Rysunek 4: Panel fotowoltaiczny wykonany w technologii typu HIT. Oprac. własne.


Firma Panasonic ogłosiła, że opracowała ogniwo o sprawności \( 25,6\% \).
Uwodorniony amorficzny krzem, przygotowany przez plazmowe osadzanie par (PECVD), ma wyższą przerwę energetyczną niż materiał krystaliczny. W związku z tym materiał ten tworzy heterozłącze o szerokim paśmie wzbronionym, zapewniając bardzo skuteczną, niską rekombinowalność wytworzonych ładunków. Najwyższa cienka mocno domieszkowana warstwa amorficzna typu p tworzy złącze z krystalicznym waflem typu n. Interweniująca, bardzo cienka wewnętrzna amorficzna warstwa krzemu odgrywa ważną rolę w uzyskaniu wysokiego poziomu wydajności [2], [3].

Ponieważ przewodność nawet mocno domieszkowanego amorficznego krzemu jest dość niska, ze względu na niską mobilność nośnika, przezroczyste tlenki przewodzące są potrzebne zarówno na przedniej, jak i tylnej powierzchni ogniwa, aby umożliwić transport nośnika do metalowych styków sitodruku na obu powierzchniach. Ponieważ tylny styk może być przeźroczysty, ogniwo może reagować na światło z obu stron. Może to poprawić moc wyjściową w instalacjach, w których tył panelu jest wystawiony na działanie światła rozproszonego z otoczenia [4].
Istnieje jeszcze kilka innych ciekawych cech tej technologii. Jakość pasywacji powierzchni uzyskanej z amorficznej warstwy krzemu daje rekordowe napięcia wyjściowe ogniwa, które zostały potwierdzone przez H. Sukatai [2], [3]. Stanowią one podstawę wysokiej efektywności konwersji energii ogniwa. Ponadto ta technologia wykorzystuje wafle typu n, domieszkowane fosforem, co pokonuje problemy z wadami boru i tlenu. Temperatury obróbki ogniw fotowoltaicznych są typowe dla amorficznych krzemowych ogniw i znacznie niższe niż w przypadku ogniw z krzemu krystalicznego.
Główną słabością techniczną tej technologii jest to, że przezroczyste warstwy tlenku przewodzącego nie są idealnie przejrzyste, ani doskonale przewodzące. Wymusza to kompromis między pochłanianiem światła w tych warstwach, a stratami odporności bocznej. Światło pochłaniane w mocno domieszkowanych warstwach amorficznych w tych ogniwach wpływa na zmniejszenie mocy wyprodukowanej przez ogniwo.
Poszczególne ogniwa osiągnęły potwierdzoną wydajność do \( 24,7\% \) [5].

Bibliografia

1. Panasonic: HIT Photovoltaic module, dostęp:06.07.2020
2. H. Sakata, T. Nakai, T. Baba, M. Taguchi, S. Tsuge, K. Uchihashi, S. Kiyama: 20.7% highest efficiency large area (100.5 cm2) HIT/sup TM/ cell, Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE Photovoltaic Specialists Conference – 2000 (Cat. No.00CH37036), Anchorage, AK, USA, 15-22 Sept. 2000.
3. M. A. Green: Silicon Solar Cells : Advanced Principles & Practice, Centre for Photovoltaic Devices and Systems – University of New South Wales, Sydney 1995.
4. Y. K. Chieng, M. A.Green: Computer simulation of enhanced output from bifacial photovoltaic modules, Progress in Photovoltaics 1993, Vol. 1, Iss. 4, pp. 293-299, dostęp:14.12.2020
5. 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

Ostatnio zmieniona Niedziela 09 z Styczeń, 2022 11:11:04 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.