Wyświetlenia: 0 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 28.05.2026 Pochodzenie: Strona
cienkowarstwowych ogniw słonecznych Rodzaj ogniwo słoneczne wykonane poprzez osadzenie cienkich warstw materiału fotowoltaicznego na podłożu szklanym, plastikowym lub metalowym. Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne są zazwyczaj znacznie cieńsze niż płytki stosowane w konwencjonalnych ogniwach słonecznych na bazie krzemu krystalicznego. Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne są komercyjnie produkowane z jednego z kilku materiałów, w tym tellurku kadmu (CdTe), diselenku miedziowo-indowo-galowego (CIGS) i amorficznego cienkowarstwowego krzemu (a-Si, TF-Si).
Ogniwa słoneczne często dzieli się na generacje na podstawie rodzaju warstw pochłaniających światło użytych do ich wytworzenia. Najbardziej znane ogniwa słoneczne pierwszej generacji są wykonane z krzemu jedno- lub wielokrystalicznego. Jest to dominująca technologia stosowana obecnie w większości systemów fotowoltaicznych. Większość typów cienkowarstwowe ogniwa słoneczne należą do drugiej generacji i są wykonane z cienkich warstw materiałów, takich jak krzem amorficzny (a-Si), tellurek kadmu (CdTe), selenek miedzi, indu i galu (CIGS) lub arsenek galu (GaAs). Ogniwa słoneczne wykonane z nowszych, mniej znanych materiałów klasyfikuje się jako trzeciej generacji lub powstające. ogniwa słoneczne Obejmuje to niektóre innowacyjne technologie cienkowarstwowe, takie jak perowskit, światłoczułe, kropki kwantowe, organiczne i CZTS cienkowarstwowe ogniwa słoneczne.
Ogniwa cienkowarstwowe mają kilka zalet w porównaniu z krzemowymi ogniwami słonecznymi pierwszej generacji, w tym są lżejsze i bardziej elastyczne ze względu na cienką konstrukcję. Dzięki temu nadają się do stosowania w budynkach zintegrowanych fotowoltaicznych oraz jako półprzezroczysty materiał do szklenia fotowoltaicznego, który można laminować na oknach. Inne zastosowania komercyjne wykorzystują sztywne, cienkowarstwowe panele słoneczne (przełożone pomiędzy dwiema taflami szkła) w niektórych z największych na świecie elektrownie fotowoltaiczne . Dodatkowo użyte materiały cienkowarstwowe ogniwa słoneczne są zwykle produkowane przy użyciu prostych i skalowalnych metod, bardziej opłacalnych niż ogniwa pierwszej generacji, co w wielu przypadkach prowadzi do mniejszego wpływu na środowisko, takiego jak emisja gazów cieplarnianych (GHG). Ogniwa cienkowarstwowe zazwyczaj przewyższają odnawialne i nieodnawialne źródła wytwarzania energii elektrycznej pod względem toksyczności dla ludzi i emisji metali ciężkich.
Pomimo początkowych wyzwań związanych z wydajną konwersją światła, szczególnie w przypadku materiałów fotowoltaicznych trzeciej generacji, od 2023 r. niektóre cienkowarstwowe ogniwa słoneczne osiągnęły sprawność do 29,1% dla jednozłączowe cienkowarstwowe ogniwa GaAs , przekraczające maksymalną sprawność 26,1% dla standardowych jednozłączowych ogniw słonecznych pierwszej generacji. Wielozłączowe ogniwa koncentracyjne wykorzystujące technologie cienkowarstwowe osiągnęły sprawność do 47,6% od 2023 r.
W testach przyspieszonego okresu eksploatacji stwierdzono, że wiele technologii cienkowarstwowych charakteryzuje się krótszym okresem eksploatacji i większym stopniem degradacji niż ogniwa pierwszej generacji, co przyczyniło się do ich nieco ograniczonego zastosowania. Na całym świecie udział technologii cienkowarstwowych w rynku fotowoltaicznym utrzymuje się na poziomie około 5% od 2023 r. Jednak technologia cienkowarstwowa stała się znacznie bardziej popularna w Stanach Zjednoczonych, gdzie same ogniwa CdTe stanowiły 29% nowych wdrożeń na skalę użytkową w 2021 r.
Wczesne badania nad cienkowarstwowymi ogniwami słonecznymi rozpoczęły się w latach siedemdziesiątych XX wieku. W 1970 roku zespół Zhoresa Alferova z Instytutu Ioffe stworzył pierwsze ogniwa słoneczne z arsenku galu (GaAs), co za tę i inne prace zdobyło później Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2000 roku. Dwa lata później, w 1972 r., profesor Karl Böer założył Instytut Konwersji Energii (IEC) na Uniwersytecie Delaware w celu dalszych badań nad cienkowarstwowymi źródłami energii słonecznej. Instytut początkowo skupił się na 2ogniwach z siarczku miedzi/siarczku kadmu (Cu S/CdS), a później w 1975 r. rozszerzył swoją działalność na cienkowarstwowe ogniwa z fosforku cynku (ZnP 3) 2i amorficznego krzemu (a-Si). W 1973 r. IEC zadebiutowało domem zasilanym energią słoneczną, Solar One, będącym pierwszym przykładem fotowoltaiki zintegrowanej z budynkiem mieszkalnym. W następnej dekadzie wzrosło zainteresowanie technologią cienkowarstwową dla zastosowania komercyjne i zastosowania w lotnictwie i kosmonautyce znacznie wzrosły, a kilka firm rozpoczęło prace nad cienkowarstwowymi urządzeniami słonecznymi z amorficznego krzemu. Sprawność cienkowarstwowej energii słonecznej wzrosła do 10% dla Cu 2S/CdS w 1980 r., a w 1986 r. ARCO Solar wprowadziło na rynek pierwsze dostępne na rynku cienkowarstwowe ogniwo słoneczne, G-4000, wykonane z amorficznego krzemu.
W latach 90. i 2000. w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych nastąpił znaczny wzrost maksymalnej wydajności i ekspansja istniejących technologii cienkowarstwowych na nowe sektory. W 1992 roku na Uniwersytecie Południowej Florydy opracowano cienkowarstwowe ogniwo słoneczne o sprawności powyżej 15%. Zaledwie siedem lat później, w 1999 r., Amerykańskie Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej i Spectrolab współpracowały nad trójzłączowym ogniwem słonecznym z arsenku galu, które osiągnęło Sprawność 32% . W tym samym roku firma Kiss + Cathcart zaprojektowała przezroczyste cienkowarstwowe ogniwa słoneczne do niektórych okien na 4 Times Square, wytwarzając energię elektryczną wystarczającą do zasilenia 5–7 domów. W 2000 roku firma BP Solar wprowadziła na rynek dwa nowe komercyjne ogniwa słoneczne oparte na technologii cienkowarstwowej. W 2001 roku na Uniwersytecie Johannesa Keplera w Linzu opracowano pierwsze organiczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne. W 2005 roku Ogniwa słoneczne GaAs stały się jeszcze cieńsze dzięki pierwszym wolnostojącym (bez podłoża) ogniwom wprowadzonym przez naukowców z Uniwersytetu Radboud.
Był to także czas znaczących postępów w badaniach nad nowymi materiałami fotowoltaicznymi trzeciej generacji – materiałami, które mogą pokonać teoretyczne ograniczenia wydajności tradycyjnych materiałów półprzewodnikowych. W 1991 roku opracowano pierwsze wysokowydajne ogniwo słoneczne uczulone barwnikiem, zastępując zwykłą stałą warstwę półprzewodnikową (aktywną) ogniwa mieszaniną ciekłych elektrolitów zawierającą barwnik pochłaniający światło. Na początku XXI wieku rozpoczęto prace nad ogniwami słonecznymi z kropkami kwantowymi, których technologia została później certyfikowana przez Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej w 2011 r. W 2009 r. naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego ogłosili powstanie ogniwa słonecznego nowego typu wykorzystującego perowskity jako warstwę aktywną i osiągającego wydajność ponad 3%, opierając się na pracy Murase Chikao z 1999 r., w ramach której stworzył warstwę perowskitu zdolną do pochłaniania światła.
W latach 2010. i na początku 2020. innowacje w cienkowarstwowej technologii słonecznej obejmowały wysiłki mające na celu rozszerzenie technologii słonecznej trzeciej generacji do nowych zastosowań i zmniejszenie kosztów produkcji, a także znaczną poprawę wydajności materiałów drugiej i trzeciej generacji. W 2015 roku firma Kyung-In Synthetic wypuściła na rynek pierwsze atramentowe ogniwa słoneczne, elastyczne ogniwa słoneczne produkowane w drukarkach przemysłowych. W 2016 roku laboratorium elektroniki organicznej i nanostrukturalnej (ONE) Vladimira Bulovicia w Massachusetts Institute of Technology (MIT) stworzyło cienkowarstwowe ogniwa na tyle lekkie, że można je umieścić na bańkach mydlanych. W 2022 r. ta sama grupa wprowadziła elastyczne organiczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne zintegrowane z tkaniną.
Cienkowarstwowa technologia słoneczna zdobyła najwyższy udział w światowym rynku Stanowiło to 32% nowych zastosowań fotowoltaiki w 1988 r., po czym spadało przez kilka dziesięcioleci i osiągnęło kolejny, mniejszy szczyt wynoszący 17% ponownie w 2009 r. Następnie udział w rynku stale spadał do 5% w 2021 r. na całym świecie, jednak technologia cienkowarstwowa zdobyła około 19% całkowitego udziału w rynku amerykańskim w tym samym roku, w tym 30% produkcji na skalę użytkową.
