Sharp i rekordowo sprawne ogniwo z gwiazdką.

W zeszłym tygodniu świat fotowoltaiki a w tym pozostałe portale zajmujące się nowymi technologiami obiegła informacja o rekordowo sprawnym ogniwem Sharpa. Z uwagi, że pojawia się coraz więcej mylnych informacji w internecie chciałbym wyjaśnić kilka kwestii.

Po pierwsze uzyskana przez Sharpa rekordowa sprawność 35.8% dotyczy ogniw bez koncentrowania promieniowania. Ogniwa przystosowane do pracy z koncentratorami już dawno przekroczyły 40%. Wielu mogło zastanawiać się jak to jest z tymi rekordami że w 2000r pokonano granicę 40% sprawności a teraz rekordem jest 35.8% :). Osobno są liczone rekordy dla ogniw przy skoncentrowanym promieniowaniu osobno dla ogniw bez koncentrowania.

Druga sprawa to pojawiające się przy tej okazji sugestie „redaktorów” portali, że nowe ogniwa zrewolucjonizują rynek fotowoltaiki. Szanuję wizje osób zafascynowanych wysoce sprawnymi ogniwami ale z obecnych prac Sharpa dla szerokiego rynku fotowotaiki niewiele wynika a ich produkt prawdopodobnie znajdzie bardzo wąskie zastosowanie tam gdzie szczególnie istotna jest wysoka sprawność jak np. w sondach kosmicznych. Z dużą dozą prawdopodobieństwa można stwierdzić, że takie ogniwa pod strzechy nie trafią z powodów.

1. skomplikowanego procesu produkcji
2. użytych rzadkich pierwiastków

Z tych dwóch tylko powodów ogniwo mimo wysokiej sprawności będzie bardzo drogie w przeliczeniu na wat mocy. Należy zaznaczyć, że ogniwo zbudowane przez sharpa należy do ogniw o wielu złączach P-N (multiple-junction). W tym przypadku sharp zastosował 3 złącza.

W przypadku ogniw tzw singel junction z jednym złączem P-N sprawność ogniwa limitowana jest szerokością przerwy energetycznej półprzewodnika. Fotony o zbyt małej lub zbyt dużej energii są bezużyteczne a sprawność ogniwa jest niska. Dlatego zrodził się pomysł, aby na jednym ogniwie umieścić kilka złączy półprzewodników o różnych wartościach przerwy energetycznej. W ten sposób każda warstwa absorbuje światło z wąskiego zakresu spektrum ale całe ogniwo pracuje już z dużą sprawnością absorbując szerokie spektrum. Patrz rysunek


Problem w tym że ogniwo o wielu złączach to jakby wiele ogniw w jednym to komplikuje proces produkcji i podnosi koszty. Często poszczególne złącza tworzy się z kombinacji bardzo rzadkich pierwiastków. W wyniku czego mino wyższej sprawności ogniwa o wielu złączach są zazwyczaj droższe w przeliczeniu na wat mocy od klasycznych ogniw o jednym złączu.

Spośród ogniw o kilku złączach sukces rynkowy odnoszą jedynie dwu złączowe ogniwa krzemowe. Niska sprawność cienkowarstwowych ogniw krzemowych wymusiła na producentach znalezienie sposobu poprawy sprawności. W tym przypadku połączenie dwóch warstw krzemu (amorficznego i krystalicznego) poprawia sprawność całego ogniwa utrzymując koszty w ryzach. W tym przypadku dwu złączowe ogniwa są stosunkowo tanie w produkcji ale ich sprawność nie jest spektakularna i oscyluje wokół 10%.