Technologie tenkovrstvých článků a modulů A5M13FVS-4

Základní typy článků: Články z krystalického Si Tenkovrstvé články

Tenkovstvé články CdTe/CdS Amorfní Si CIS

Antireflexní vrstva (Light trapping)

TCO pro „light trapping effect“ ZnO naprášená vrstva leptaná v HCl ZnO připravená CVD (Chemical Vapour Deposition)

Porovnání článků z krystalického Si a tenkovrstvých článků Krystalický Si tenkovrstvý tloušťka cca 200 mm 0.3 až 3 mm struktura n+-p(-p+) p+-i-n+ technologie n+-difúze do substrátu plasmatické procesy osvícení ze strany n+ ze strany p+ přední kontakt mřížka a sběrnice celoplošný kontakt s TCO zadní kontakt nedůležitý zpětný reflektor antirefexní texturace TCO „light trapping effect“ vrstva

Tandemové články Wg1> Wg2 irradiation

Technologie tenkovrstvých článků A) Vakuové deposice Napařování Naprašování

B) CVD (Chemical vapour deposition ) - Chemická depozice z plynné fáze CVD vytvoření stabilní sloučeniny na vyhřívané podložce chemickou reakcí nebo rozkladem směsi plynů Reakční komora Složení plynné směsi Řízení technologického postupu Řízení teploty podložky Výměna substrátů

Chemická depozice z plynné fáze (CVD) Za atmosférického tlaku Za sníženého tlaku (LPCVD -Low Pressure CVD) LPCVD se užívá depozice nitridu kemíku 3SiH4 + 3NH3 → Si3N4 + 12H2 depozice křemíku SiH4 → Si + 2H2.

Plasmatická depozice (PECVD) VF elektroda a substrát tvoří kapacitor. V tomto objemu vzniká (za sníženého tlaku) plasma spojená s reakcí složek plynné směsi a depozici produktů reakce na povrch substrátu Rychlost depozice je vyšší než v případě LPCVD, kvalita vrstev je nižší

rH = ([H2] + [SiH4])/[SiH4]. Struktura deponované vrstvy závisí na složení plynu a na teplotě substrátu zředění rH = ([H2] + [SiH4])/[SiH4]. rH < 30, roste amorfní vrstva rH > 45, roste vrstva c-Si

Technologie tenkovrstvých článků Články z amorfního (mikrokrystalického) Si průhledný substrát (sklo) TCO a-Si:H p+ vrstva (20 - 30 nm) a-Si:H nedotovaný ( 250 nm) a-Si:H n+ vrstva (20 nm) TCO (difúzní bariéra) Ag nebo Al

Tandem solar cell – „micromorph“ (microcrystal + amorphous)

Technologie CdTe článků Depozice CdTe na substráty s TCO a vrstvou CdS

Tenkovrstvé moduly na skleněném substrátu TCO sklo

Rozměr pracovní komory depozičního zařízení musí odpovídat rozměrům modulu (maximální dosažená plocha 5 m2)

Kontakty se připojují pomocí vodivého lepidla Ze zadní strany se pomocí EVA přilaminuje krycí vrstva – obvykle sklo, svorkovnice s vývody opatřenými konektory (bez překlenovacích diod) Relativně velká hmotnost - 17 až 19 kg/m2

  7% Tenkovrstvé FV články na pružném substrátu „Roll to roll“ technologie Po rozčlenění pásu se jednotlivé články spojí do modulu a zapouzdří polymery   7%

Články a moduly je možno realizovat na pružném substrátu i pomocí technologie CIS (CIGS) V porovnání s články z krystalického křemíku – nižší spotřeba materiálů a nižší energetická náročnost výroby, na druhé straně nižší účinnost, zásoby některých materiálů (In, Te,..) jsou omezené V současné době se soustřeďuje pozornost na materiály typu CIGSS (Cu-In-Ga-Se-S), kde byla na malých vzorcích dosažena účinnost 20%

Závislost účinnosti článků na intenzitě záření Při nízkých úrovních intenzity dopadajícího záření účinnost s rostoucí intenzitou roste, dosahuje maxima a poté s dále rostoucí intenzitou záření klesá. Bod maxima účinnosti závisí na Rs Krystalický Si (malý Rs) Tenkovrstvé články (velký Rs)

Vývoj podílu jednotlivých technologií na produkci PV modulů

Jednotlivé typy modulů se porovnávají podle různých kritérií (účinnost, cena, energetická výtěžnost). Jedním ze zajímavých kritérií může být potřeba plochy na instalaci výkonu 1 kWp

Ve stadiu výzkumu a vývoje je celá řada dalších materiálů a technologií Články na bázi monokrystalických vrstev polovodičů AIIIBV Články na bázi organických polovodičů Fotochemické články (Gratzel, DSSC) Články s využitím nanotechnologií

AIIIBV články s vysokou účinností Nejvyšší dosažená účinnost   40%

Koncentrátorové moduly chladič FV články parabolické zrcadlo Sluneční záření musí být v optické ose Musí být zajištěn odvod ztrátového tepla

Předpokládá se rychlý rozvoj koncentrátorových systémů v zemích „Slunečního pásu“

Organické polovodiče Přeskokový mechanismus : A1- + A2 ->  A1 + e- + A2  ->  A1 + A2- 

U hn Materiály typu P a typu N, FV články nevýhoda: účinnost pod 5% odrážející elektroda (Al) organický polovodič typu P TCO průhledná podložka + - U organický polovodič typu N hn Perylen pigment (n) Cu Phtalocyanin (p) Technologické přednosti : tisk jednotlivých vrstev pružný substrát (plasty) Velké plochy Nízká cena Molekulární materiály nevýhoda: účinnost pod 5% krátká životnost

Fotochemické články (Gratzel, DSSC) η = 8% sklo TCO Pt elektrolyt barvivo na TiO2 nanokrystalech TCO sklo Přítomnost elektrolytu omezuje maximální provozní teplotu. Omezená životnost světlo S + hν → S∗ S∗ → S+ + e−(TiO2) S+ + e− → S I3− + 2e− → 3I−

Struktury s kvantovými efekty realizované nanotechnologiemi Struktury jsou stále ještě ve stadiu výzkumu a vývoje V nejbližších pěti letech se aplikacích nejspíše neuplatní