Tajemnica wydajności nowego rodzaju paneli słonecznych, nowego rodzaju paneli słonecznych, panele słoneczne z tellurku kadmu, tellurek kadmu

Tajemnica wydajności nowego rodzaju paneli słonecznych ujawniona

Chociaż rynek paneli słonecznych kojarzy się nam głównie z ogniwami wykonanymi z krzemu, to tak naprawdę od lat trwają już prace nad zastąpieniem ich w głównym nurcie. Dziś tajemnica wydajności nowego rodzaju paneli słonecznych została ujawniona i dotyczy ona jednego z najbardziej obiecujących materiałów, który jest w stanie zastąpić krzem monokrystaliczny (c-Si), czyli CdTe – tellurku kadmu.

  • W świecie paneli słonecznej tellurek kadmu staje się godnym konkurentem monokrystalicznego krzemu
  • W dążeniu do coraz wydajniejszych paneli słonecznych z CdTe (tellurku kadmu) naukowcy pragnęli zrozumieć, jaki mechanizm zachodzi w procesie „pasywacji”, czyli traktowania materiału chlorkiem kadmu
  • Do tej pory nie rozumiano dokładnie zjawiska, ale najnowsze badanie wskazało, jak z materiału znikają tak zwane „błędy układania”, dzięki chlorowi

Panele słoneczne nie są skazane na krzem. Mogą być produkowane również z wykorzystaniem np. tellurku kadmu

Plan na przyszłość, w której energia pochodzi w głównej mierze ze źródeł odnawialnych, obejmuje w znacznym stopniu panele fotowoltaiczne. Problem w tym, że choć służą dobru, to są drogie, a ich wyprodukowanie wiąże się z wysokim śladem węglowym. Jednak na horyzoncie już widać zamienniki w formie swoistej nowej generacji paneli słonecznych wykonanych właśnie przy użyciu tellurku kadmu (CdTe).

Czytaj też: My czekamy na szerszy dostęp do 5G, a LG pobiło właśnie rekord zasięgu 6G

Zainteresowani rozwojem tego nowego rodzaju paneli słonecznych z CdTe specjaliści ciągle szukają sposobów na zwiększenie ich wydajności (zdolności do przekształcania energii słonecznej na elektryczną). Nie bez powodu. Uważa się je bowiem za konkurencyjne pod względem wydajności, a jednocześnie tańsze i generujące mniej emisji w produkcji, jak również podatne w większym stopniu na recykling.

Jednak co może wydawać się zaskakujące, sam w sobie tellurek kadmu zapewnia jedynie 1-procentową wydajność, podczas gdy ta gwarantowana zwykle przez panele słoneczne wynosi już około 20%. Kluczem do zwiększenia skuteczności paneli CdTe jest poddanie ich ogniw obróbce z wykorzystaniem chlorku kadmu w temperaturze 420 stopni Celsjusza. Już 20 minut wystarcza, żeby ich wydajność wzrosła drastycznie. Obecny rekord ich sprawności wynosi 22%.

Czytaj też: Elon Musk ogłosił Tesla Bot. Ten humanoidalny robot Tesli ma spełniać Wasze życzenia

Jednak choć tę obróbkę w produkcji nowego rodzaju paneli słonecznych wykorzystywano do tej pory powszechnie, to nikt nie znał szczegółów, które za nią stały. To zmieniło się, dzięki wysiłkom dr. Pooja Goddarda, profesora Rogera Smitha, dr. Petera Hattona i dr. Michaela Watta z Loughborough Universit. Ta czwórka we współpracy z zespołem z CREST opracowała bowiem model mechanizmu, który przedstawia to, jak chlorek kadmu poprawia wydajność CdTe.

Model ten opublikowano w dzienniku Nature Communications i osiągnięto tym samym kolejny krok w dążeniu do jeszcze dalszego usprawnienia wydajności paneli słonecznych wyprodukowanych z CdTe. Do tej pory spekulowano, że po potraktowaniu ich chlorkiem kadmu dręczące je defekty były usuwane, ale wcześniej udowodniono, że to nie te defekty (określane mianem błędów układania), są odpowiedzialne za słabą wydajność ogniwa przed poddaniem go procesowi zwanemu „pasywacją”.

Okazało się, że to regiony zwane „granicami ziaren”, w których łączą się ze sobą kryształy o różnej orientacji, działając, jako „pułapki na elektrony”. Z wykorzystaniem metod mechaniki kwantowej naukowcy na teoretycznych modelach wcześniej wykazali, że chlorek kadmu zmniejsza wpływ granic ziaren na wydajność paneli z CdTe. Dziś z kolei odpowiedziano na pytanie, jak to się dzieje, że jednocześnie znikają wyżej błędy układania (z ang. stacking faults).

Z nowego badania wynika, że ​​jeśli w granicach ziaren znajduje się wystarczająca ilość chloru dostarczonego w procesie pasywacji, ma miejsce zjawisko kaskadowe, które strukturalnie usuwa wspomniane błędy układania.

Czytaj też: Samoloty z laserami już są, ale zamiast zabijać, służą archeologii

Chociaż zniknięcie błędów układania nie jest tym, co powoduje poprawę wydajności, jeśli zniknęły, jest to sygnał, że komórka CdTe będzie miała dobrą wydajność. Nigdy wcześniej tego nie wykazano.

Każdy niewielki wzrost wydajności oznacza, że ​​technologia staje się bardziej konkurencyjna w stosunku do obecnej technologii krzemowej.

– skomentował dr Goddard.