Nowe ogniwa słoneczne zachowują sprawność na poziomie 97% po setkach godzin

Technologie ogniw słonecznych cienkowarstwowych, takie jak selenek miedzi, indu i galu oraz ogniwa organiczne, cieszą się popularnością, ponieważ są lekkie, elastyczne i tanie w produkcji. Wszystkie jednak mają problemy, gdy część panelu znajduje się w cieniu. Wtedy panele słoneczne mogą być narażone na obciążenie związane z odwróconym polaryzowaniem.

W takich warunkach zacienione ogniwa mogą generować napięcie ujemne, które obciąża materiał. Ponieważ ogniwa te przewodzą zarówno elektrony, jak i jony, zbyt długie pozostawanie w stanie odwróconego polaryzacji może obniżyć ich wydajność, a ostatecznie doprowadzić do uszkodzenia.

Zespół z Politechniki w Hongkongu twierdzi, że ich nowa konstrukcja jest znacznie bardziej odporna na ten problem, dzięki czemu technologia ta staje się bardziej praktyczna w rzeczywistych zastosowaniach. Zgodnie z wynikami przeprowadzonych badań te cienkowarstwowe ogniwa słoneczne zachowały ponad 90 proc. swojej pierwotnej wydajności po poddaniu ich działaniu silnego napięcia odwrotnego wynoszącego minus 40 woltów, które zazwyczaj powoduje uszkodzenia standardowych cienkowarstwowych ogniw słonecznych.

Zespół odkrył, że uszkodzenia wynikają z defektów zwanych stanami głębokich pułapek w heterozłączu objętościowym, czyli warstwie, w której wytwarzana jest energia elektryczna. Naukowcy wyeliminowali izolowane skupiska akceptorów w obszarze mieszania donorów i akceptorów ogniwa słonecznego. Pozwoliło to zmniejszyć liczbę stanów głębokich pułapek i znacznie zwiększyć trwałość urządzeń.

W rezultacie nowe organiczne ogniwa słoneczne wytrzymały napięcie przebicia wynoszące ponad minus 35 woltów. Oznacza to, że mogą one wytrzymać napięcie odwrotne do tego poziomu bez trwałego uszkodzenia. Urządzenia w badaniach wykazały również wysoką długoterminową stabilność. Po 12 godzinach pracy przy napięciu około 20 woltów zachowały 90 proc. swojej początkowej wydajności. Po 2000 godzinach pracy przy napięciu około 4,5 wolta, czyli około 83 dniach, zachowały 97 proc. swojej wydajności. Naukowcy twierdzą, że wyniki te przewyższają możliwości obecnych technologii ogniw słonecznych cienkowarstwowych. Ogniwa słoneczne typu tandem osiągnęły sprawność konwersji energii na poziomie ponad 26 proc. i stały się znacznie bardziej odporne na obciążenia związane z polaryzacją odwrotną. Dzięki temu technologia ta jest coraz bliższa zastosowania w rzeczywistych modułach słonecznych.