Przez ostatnie dwa lata instytut Fraunhofer ISE pracował nad ambitnym projektem "50 procent". Celem projektu, który jest finansowany przez niemieckie Federalne Ministerstwo Gospodarki i Klimatu BMWK, jest opracowanie po raz pierwszy ogniwa słonecznego o sprawności 50 procent.

Aby to osiągnąć, każda pojedyncza warstwa złożonego wielozłączowego ogniwa słonecznego jest poddawana dalszej optymalizacji. Ulepszenia w technologii procesowej są wprowadzane w kontaktach metalowych i warstwach antyrefleksyjnych.

Rekordowa  50% sprawność ogniw już w zasięgu ręku

Obecnie zespół projektowy dokonał pierwszego przełomu: Ich najnowsze ogniwo słoneczne w skoncentrowanym świetle słonecznym osiąga sprawność 47,6 procent.

- Jesteśmy zachwyceni tym wynikiem, który osiągnięto zaledwie rok po otwarciu naszego nowego Centrum Wysokowydajnych Ogniw Słonecznych - mówi dr Frank Dimroth, kierownik wydziału Fotowoltaiki III-V i Technologii Koncentratorowej w Instytucie Fraunhofer ISE. - W naszych badaniach dążymy do tego, aby fotowoltaika koncentrująca stała się jeszcze bardziej wydajna i konkurencyjna, ponieważ uważamy, że jest to najbardziej zrównoważona forma wytwarzania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.

W poszukiwaniu rekordowej wydajności ogniw fotowoltaicznych

Struktura warstwowa nowego ogniwa słonecznego została opracowana jeszcze w 2016 r. wspólnie z francuską firmą Soitec Inc, która projektuje i produkuje innowacyjne materiały półprzewodnikowe. Górne tandemowe ogniwo słoneczne wykonane jest z fosforku indu galu (GaInP) i arsenku galu aluminium (AlGaAs), które zostało przyklejone przez Soitec do dolnego tandemowego ogniwa słonecznego wykonanego z fosforku indu arsenku galu (GaInAsP) i arsenku indu galu (GaInAs).

W Centrum Wysokowydajnych Ogniw Słonecznych Fraunhofer ISE na strukturę tandemu ogniw nałożono ulepszoną warstwę kontaktową oraz 4-warstwową powłokę antyrefleksyjną.

Środki te zmniejszają straty oporności i odbicia na przedniej stronie ogniwa, które jest wrażliwe spektralnie w szerokim zakresie 300 i 1780 nanometrów. Konwencjonalne ogniwa słoneczne wykonane z krzemu absorbują światło słoneczne tylko do długości fali 1200 nanometrów, a zatem nie wymagają tak szerokopasmowej powłoki antyrefleksyjnej.

Wielozłączowe ogniwa słoneczne wykonane z półprzewodników złożonych III-V zawsze należały do najbardziej wydajnych ogniw słonecznych na świecie. Osiągają one swój najwyższy potencjał, gdy wpadające światło słoneczne jest skupiane przez soczewki na miniaturowych urządzeniach ogniw słonecznych o rozmiarach zaledwie kilku milimetrów kwadratowych.

- Możliwe zastosowania takich wysokowydajnych tandemowych ogniw słonecznych obejmują koncentratorowe systemy fotowoltaiczne, które przyczyniają się do wydajnego wytwarzania energii w krajach bogatych w słońce - mówi prof. dr Stefan Glunz, dyrektor działu badań nad fotowoltaiką w Instytucie Fraunhofer ISE. - Dzięki tandemowym ogniwom fotowoltaicznym możliwe jest zlikwidowanie ograniczeń pojedynczych ogniw słonecznych, a tym samym obniżenie kosztów energii słonecznej.