Co to jest pasywacja ogniw fotowoltaicznych?
Każda bateria i akumulator opierają swoją konstrukcję na ogniwach, które służą do przechowywania energii. Elementy te zawierają substancje chemiczne o właściwościach aktywnych, co powoduje, że z czasem mogą ulegać procesowi pasywacji. Osoby, które zastanawiają się nad wyborem konkretnego modelu paneli fotowoltaicznych mogły już spotkać się z takim pojęciem. Co ono dokładnie oznacza?
Przeczytaj także:
- Mój prąd 6.0 – najważniejsze informacje
- Na ile wystarczy magazyn energii?
- Blackout w Polsce – magazyny energii jako rozwiązanie na black out
Ogniwa fotowoltaiczne i ich sprawność
Ogniwa krzemowe są obecnie najczęściej stosowanym rozwiązaniem w produkcji paneli fotowoltaicznych. Popularność zawdzięczają stałym ulepszeniom konstrukcji, które pozwalają na zwiększenie wydajności przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji. Działanie ogniwa polega na przekształcaniu światła słonecznego w energię elektryczną. Pod wpływem promieniowania słonecznego na powierzchni ogniwa wzbudzane są elektrony, które przemieszczając się przez jego strukturę, generują prąd elektryczny.
Postępy w fotowoltaice są ściśle związane z ciągłym wzrostem sprawności paneli, co pozwala na uzyskanie większej ilości energii z mniejszej powierzchni modułów solarnych. Jednym z efektywnych rozwiązań zwiększających wydajność jest zastosowanie warstwy pasywacyjnej. Jej funkcją jest ograniczenie strat występujących w procesie przekształcania energii słonecznej w elektryczną.
Jednym z głównych źródeł strat w tym procesie jest rekombinacja. W idealnych warunkach każdy wzbudzony światłem słonecznym elektron powinien generować prąd, przemieszczając się przez układ. W praktyce, drobne defekty strukturalne obecne w ogniwach mogą powodować, że część elektronów, zamiast przepływać przez obwód elektryczny, wraca do swoich pierwotnych pozycji. To zjawisko, znane jest jako rekombinacja elektronów i prowadzi do obniżenia efektywności ogniw fotowoltaicznych.
Co to jest pasywacja ogniw fotowoltaicznych?
Pasywacja to metoda, której celem jest zmniejszenie strat wynikających z rekombinacji elektronów w ogniwach słonecznych. Proces ten polega na wytworzeniu warstwy ochronnej, która minimalizuje defekty na powierzchni ogniwa, ograniczając tym samym rekombinację wzbudzonych elektronów z dziurami. Dzięki temu elektrony są kierowane do obwodu elektrycznego, gdzie mogą zostać wykorzystane do generowania prądu.
Warstwa pasywacyjna powstaje w wyniku reakcji chemicznej i jest umieszczana na powierzchniach wafla krzemowego, zazwyczaj pomiędzy krzemem a elektrodą. Jej zastosowanie może obejmować zarówno przednią, jak i tylną stronę ogniwa. Podstawowy materiał – wafel krzemowy – już na etapie produkcji posiada defekty strukturalne, szczególnie na powierzchni. Są one wynikiem procesu cięcia wlewków krzemowych, co powoduje zakłócenia w sieci krystalicznej. Te zakłócenia tworzą niesparowane elektrony, które mogą stać się miejscami intensywnej rekombinacji.
Pasywacja eliminuje wpływ tych defektów i zmniejsza rekombinację powierzchniową nośników ładunku. Proces ten przyczynia się do stabilizacji i zwiększenia sprawności ogniw słonecznych. Pozwala to na bardziej efektywne wykorzystanie energii słonecznej.
Technologia PERC a pasywacja ogniw fotowoltaicznych
Badania zmierzające do ograniczenia strat energii związanych z rekombinacją doprowadziły do stworzenia ogniw krzemowych typu PERC, charakteryzujących się zastosowaniem spodniej warstwy pasywacyjnej emitera. Choć ogniwo PERC było krokiem milowym w rozwoju fotowoltaiki, to obecnie jednak coraz częściej jest zastępowane przez bardziej zaawansowane rozwiązania, jak np. technologia TOPCon.
Zastosowanie pasywacji odgrywa istotną rolę w zwiększaniu wydajności ogniw PV. Technika ta pozwala na redukcję strat energii, jednocześnie obniżając koszty związane z wdrażaniem nowych technologii. Dzięki temu możliwe są dalsze usprawnienia w produkcji i wykorzystaniu ogniw. Działanie spodniej pasywacji polega na efektywnym wykorzystaniu promieniowania słonecznego z zakresu światła czerwonego i podczerwonego.
W klasycznych ogniwach energia przekształcana jest głównie w ciepło, co zmniejsza wydajność instalacji. W ogniwach z warstwą pasywacyjną promieniowanie generuje dodatkowy przepływ elektronów przy tylnej ściance ogniwa. Przyczynia się to do wzrostu efektywności i konwersji energii na prąd. Ogniwa z warstwą pasywacyjną są wykorzystywane zarówno w modułach jednostronnych, jak i dwustronnych. Dzięki temu możliwe jest ich szerokie zastosowanie w różnych typach instalacji fotowoltaicznych.