ככל שהתעשייה הסולארית מואצת לקראת יעילות גבוהה יותר ותוחלת חיים תפעולית ארוכה יותר, הטכנולוגיה הסולארית של הטרוג'נקציה (HJT) הופיעה כמועמדת מובילה למערכות פוטו-וולטאיות-הבאות. עם זאת, משוכה טכנית מתמשכת-השפלה שמקורה באולטרה סגול (UV)-הגבילה את העמידות האמיתית-של מודולי HJT. כעת, גל חדש של חידושים התרכזהורדת הילוך UVוחסימת UVמוכן להתגבר על צוואר הבקבוק הזה, ולפתור את מלוא הפוטנציאל של תאי HJT לפריסה המונית.
פאנלים סולאריים Heterojunction מורכבים מסיליקון גבישי בשילוב עם שכבות דקות של סיליקון אמורפי (לא{0}}גבישי). כתוצאה מכך, לפאנלים אלה יש רווח/הפסד גבוה ביעילות ומאפייני טמפרטורה משופרים יותר מאשר לוחות סולאריים מסורתיים של PERC (פולט מפוזר, תא אחורי). ובכל זאת, רגישות ה-UV של ה-HJT (הטרוצומת) היא עדיין בעיה בתאי HJT ושכבות הממשק הרגישות שלהם (למשל, תחמוצת מוליכה שקופה של TCO -) מושפעות שניהם מהזדקנות מואצת כאשר הם נחשפים לפוטונים UV באנרגיה גבוהה-. בנוסף, ייתכן שלנשאי המטען של תא ה-HJT יהיה פחות מטען שנאסף על-ידי תאי ה-HJT עם אובדן מוגבר של נושאי מטען ו/או עלייה בקצבי ריקומבינציית נושאי המטען תגרום לירידה בתפוקת ההספק מאותם תאי HJT.
חוקרים ויצרנים עבדו יחד על שתי אסטרטגיות נפרדות לשיפור הביצועים האופטיים של פאנל ה-HJT, אשר יסייעו לצמצם את נזקי ה-UV למבנה פאנל ה-HJT. האסטרטגיות משלימות את השנייה, מבחינת האופן שבו כל אחת מהן מונעת מהאור האולטרה סגול לגרום נזק למבנה הפאנל של HJT.
הורדת הילוך UV: המרת קרניים מזיקות לאור שימושי
הורדת הילוך UV כרוכה בשילוב חומרים זוהרים מיוחדים-לעתים קרובות-נדירים-על בסיס אדמה-זרחנים או נקודות קוונטיות מתקדמות- לתוך שכבת המעטפת או הקדמית של המודול. חומרים אלה סופגים פוטוני UV באנרגיה- גבוהה (בדרך כלל 280-400 ננומטר) ופולטים אותם מחדש-כאור נראה נמוך יותר-(בדרך כלל ירוק, צהוב או אדום), שתאי HJT יכולים להמיר ביעילות לחשמל.
לדברי ד"ר אלנה מרצ'טי, חוקרת פוטו-וולטאית בכירה במרכז החדשנות הסולרית האירופי, "הסטה למטה הופכת ביעילות מסלול השפלה טפילי לנכס ביצועים. במקום לתת לפוטוני UV לפגוע בשכבות TCO או-Si:H, אנו ממירים אותם לפוטונים שימושיים שתורמים לדור הנוכחי." בדיקות שדה מוקדמות הראו כי מודולים עם אופטימיזציה של מעטפת הורדת הילוך יכולים להפחית את השפלה הנגרמת על ידי UV-בעד 65% תוך עלייה של 1.5-2.8% בזרם מעגל קצר- בגלל האור הנראה הנוסף שהומר.
פריצות דרך אחרונות כוללות את השימוש במסגרות אורגנו-מתכתיות מסוימות-ב-עופרת ובנקודות קוונטיות-נטולות עופרת המציעות תפוקות קוונטיות גבוהות של פוטו-אורות ויציבות מעולה-לטווח ארוך. שכבות הורדת הילוך אלו משולבות הן במעטפת אתילן-ויניל אצטט (EVA) והן בחומרי אלסטומר פוליאולפין (POE), מבלי לפגוע בבהירות האופטית או בהדבקה.
חסימת UV: גישת מחסום סלקטיבית
חסימת UV נעשית על ידי שמירה על פוטוני UV שלא יגיעו אי פעם לשכבות התאים הרגישות של המודול, מה שהופך אותה לדרך ישירה יותר להשיג מטרה זו אך פשוט שימוש בבולם UV סטנדרטי אינו מספק. חוסמים קונבנציונליים מפחיתים בדרך כלל את משאבי השמש לייצור חשמל על ידי חיתוך חלק מאזור הספקטרום הכחול-סגול (פחות מ-450 ננומטר).
Next-generation UV-blocking films use multilayer interference coatings or hybrid organic-inorganic barriers that selectively reflect or absorb UV light (280 nm to 380 nm), while allowing >95% מהאור הנראה ואינפרא אדום קרוב (400 ננומטר עד 1200 ננומטר) לעבור. ניתן להוסיף סרטים אלה לזכוכית הקדמית של המודול הסולארי או כשכבת ביניים עצמאית.
דוגמה לטכנולוגיה זו היא הזכוכית הקדמית חוסמת UV- שפותחה במשותף בין Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ויצרן זכוכית גדול. זכוכית קדמית זו חוסמת UV מפחיתה העברת UV ל<3% of the total incident light while maintaining 96% of the visible light transmission. Accelerated aging tests (IEC 61215) using HJT modules with UV-blocking front glass show that the retained power after 2,000 hours of UV exposure is 94% as compared with only 79% for control modules with standard glass.
סינרגיה ותחזית מסחרית
ההתפתחויות האחרונות בטכנולוגיית הגנת UV מצביעות על כך שגישה משולבת הכוללת גם סרטים חוסמי UV וגם חומרי כיסוי להורדת הילוך מציעה את הפתרון הטוב ביותר למקסום החיים השימושיים ותפוקת האנרגיה הכוללת של מודולים פוטו-וולטאיים סולאריים (PV). רמת ההגנה הראשונה מושגת על ידי הנחת סרט חוסם UV-על פני מודול ה-PV, אשר ימנע מרוב פוטוני ה-UV להיכנס דרך שכבה זו. כל אור UV שאכן חודר דרך מחסום זה ילכד ויומר לאור גלוי בלתי מזיק באמצעות כיסוי מוריד הילוך. עיצוב דו-שכבתי זה מספק הגנה מקסימלית למודול ה-PV, וכתוצאה מכך גם חיי מודול ארוכים יותר וגם תפוקת אנרגיה מוגברת.
היצרנים הגדולים הבאים של ציוד PV החלו בייצור פיילוט של מודולי HJT עם טכניקות הגנת UV: יצרנים שונים באירופה ויצרנים שונים בסין. על פי תחזיות מוקדמות, עלות החומר הנוספת עבור שתי טכניקות הגנת UV אלה תהיה כ-$1.20 עד $1.80 לכל מודול HJT; על עלות חומר נוספת זו צפויה פיצוי על ידי העלייה ביעילות שהושגה ב-0.8% עד 1.5% ועל ידי הארכת משך החיים השימושיים של המודולים מ-25 שנים ל-30 שנים או יותר. לפיכך, השימוש במודולי HJT יפחית את העלות המפולסת של חשמל (LCOE) ויספק החזר גדול יותר על ההשקעה עבור פרויקטים בקנה מידה של שירותים-.
"הורדת הילוך וחסימת UV הם כבר לא רק תרגילים אקדמיים", אומר מארק צ'ן, מנהל מוצר ביצרנית מובילה של מודולי HJT סינית. "הם בשלים מספיק למסחור. אנו מצפים שעד 2028, יותר ממחצית מכל מודולי הפרימיום HJT יישלחו עם טכנולוגיה כלשהי לניהול UV".
מַסְקָנָה
מכיוון שתחום האנרגיה הסולארית שואף להשיג יעילות של 30% ותקופת חיים של 40- שנים של מודול, מציאת פתרונות להידרדרות של מודולי הטרו-צומת של חשיפה ל-UV היא הכרחית. התקדמות כפולה בהורדת הילוך של חומרים זוהרים יחד עם ציפוי חסימת UV מדויק יותר יוצרים מסלול ברור ופונקציונלי מאוד להשיג זאת. על ידי הגנה על הממשקים הרגישים של מודולי HJT, טכנולוגיות אלו מסייעות לאפשר את הדור הבא של חוות סולאריות, הן במונחים של אורך חיים ותפוקת אנרגיה, כמו גם באספקת חשמל נקי יותר בעלויות נמוכות יותר. הגיע הזמן ל-True Durable Heterojunction Photovoltaics!
