Odkryto defekt, który od lat obniżał wydajność paneli słonecznych
Od ponad 40 lat producentom krzemowych paneli słonecznych sen z powiek spędzał nieznany defekt, obniżających ich wydajność. Naukowcom z Uniwersytetu w Manchesterze wreszcie udało się odnaleźć przyczynę tej trudności. Teraz wszystko w rękach inżynierów, którzy będą szukać rozwiązania dla tego defektu materiałowego.
Ze wszystkich odnawialnych źródeł energii, panele słoneczne są najlepiej dostępnym dla przeciętnego użytkownika i stosunkowo najtańszym sposobem pozyskiwania energii. Niestety, ich wydajność nie przekracza 20 procent – na każdy pełny kW energii słonecznej, przypada nie więcej niż 200 W energii elektrycznej. Na dodatek, obserwuje się spadek wydajności podczas użytkowania. Zagadnienie jest znane i od dawna rozważane – przez ostatnie 40 lat ponad 270 istotnych artykułów naukowcy bezskutecznie stawiało ten problem.
W końcu międzynarodowemu zespołowi badaczy udało się odkryć istotną materiałową słabość, która ogranicza i prowadzi do degradacji efektywności paneli opartych na krzemie.
– W ciągu pierwszych godzin pracy po instalacji, efektywność paneli słonecznych spada z 20 do 18 procent. Spadek efektywności o 2 procent [faktycznie jest to 10 procent – red.] może nie wydawać się tak poważnym problemem, ale jeżeli weźmiemy pod uwagę, jak duży i wciąż rosnący jest udział paneli słonecznych w zapewnieniu globalnego zapotrzebowania na energię elektryczną, okaże się że jest to naprawdę znacząca strata – wyjaśnia prof. Tony Peaker, koordynator badań opublikowanych w czasopiśmie „Journal of Applied Physics”.
Koszty związane ze stratą, o której mówi prof. Peaker obliczono na około 10 gigawatów globalnie, co oznacza więcej energii niż produkuje wszystkie 15 brytyjskich elektrowni jądrowych. Tę energię trzeba więc pozyskać z innych źródeł, najczęściej – z energetyki opartej na paliwach kopalnianych.
Zjawisko zyskało swoją nazwę – Light Induced Degradation (LID), Badania, dzięki którym udało się zidentyfikować mechanizm, który za nimi stoi, miały charakter multidyscyplinarny, zarówno teoretyczny jak i eksperymentalny. Dzięki specjalnej technice optycznej – spektroskopii poziomów energetycznych defektów (DLTS z ang. Deep Level Transient Spectroscopy), zespół odkrył istnienie defektu, który urywa się w krzemie wykorzystywanym do produkcji ogniw.
W trakcie jednego z procesów generowania energii, ładunek elektryczny, przekształca się w krzemowym ogniwie pod wpływem światła słonecznego. Zespół badaczy odkrył, że to przekształcenie zawiera w sobie bardzo poważnie oddziałującą „pułapkę”, która powstrzymuje przepływ elektronów wytworzonych przez światło.
– Przepływ elektronów określa zakres ilościowy prądu, jaki ogniwo słoneczne może dostarczyć do obwodu – mówi dr Iain Crowe, współautor badań. – Wszystko, co zakłóca jego działanie, zmniejsza wydajność ogniw, a zatem ilość prądu, która może zostać wygenerowana w danej ilości światła słonecznego. Dowiedliśmy istnienia takiego defektu, teraz zadaniem inżynierów jest naprawienie go.
Artykuł źródłowy: Identification of the mechanism responsible for the boron oxygen light induced degradation in silicon photovoltaic cells. "Journal of Applied Physics". DOI: 10.1063/1.5091759
Opracowano na podstawie artykułu Solar cell defect mystery solved after decades of global effort, opublikowanego na portalu phys.org.
