Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Dezvoltarea celulelor fotovoltaice la INCDFM - trecut, prezent și viitor

17 Noiembrie 2022



O alternativă de sursă regenerabilă de energie nepoluantă o constituie celulele fotovoltaice, capabile să susțină o mare parte din consumurile energetice necesare unei economii moderne, competitive și eficiente. În cadrul Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM) din Măgurele se acordă o importanță sporită cercetării și dezvoltării acestor surse de energie, cu rezultate de succes, precum obținerea celei mai bune performanțe, respectiv a celei mai mari valori a conversiei puterii (de 15,4%, stabilă în timp) raportată până în prezent la nivel național.

Având capacitatea de a dezvolta dispozitive optoelectronice de înaltă eficiență cu echipamentele moderne din dotarea institutului, INCDFM abordează pe baza experientei acumulate tehnologia celulelor fotovoltaice și termofotovoltaice.
Înainte de 1989, în colectivul condus de dr. Iulian B. Petrescu-Prahova a fost realizat prototipul pentru o celulă solară AlGaAs/GaAs în capsulă TO-3, având drept beneficiar ICPE. Eficiența de conversie pentru acest tip de jonctiune fără concentrator este de 27,4%, cu concentrator ajungând practic la 30,8%, pe când pentru celulele solare din siliciu (Si) s-a atins un maxim de 26,1% fără concentrator și 27,6% cu concentrator. Teoretic nu se poate depăși limita de 33,7% pentru orice tip de celulă solară cu o singură joncțiune.
Prin contractul cu UEFISCDI nr. 68/2014: „Tehnologie inovativă pentru convectori fotovoltaici din compuși III-V”, în cadrul consortiului condus de dr. Rodica Ghiță au fost obținute structuri fotosenzitive pe bază de p-GaSb/n-GaSb în capsulă TO-3 cu domeniul spectral extins în infraroșu: 0,8÷1,8 μm.
În prezent, în cadrul unui proiect internațional de tip EEA „Towards perovskite large area photovoltaics”, condus de dr. Ioana Pintilie, se află în dezvoltare în INCDFM celule solare de arie mare pe bază de perovskit dopat cu halogenuri, un material organo-metalic cu răspuns spectral excelent în intervalul 400÷900 nm, eficiență teoretică de conversie a puterii solare de 25,7%, rentabil și usor de fabricat.
Tandemul perovskit/Si cristalin are potențialul de a atinge eficiența de 40%, deși până acum a ajuns practic la 31,3% în condițiile standard de spectru solar simulat AM1.5 G.
Pe plan internațional se caută soluții de maximizare a acestei eficiențe în condiții reale de mediu, ținând cont de temperatura celulei, variația nivelului de iradiere solară, distribuția spectrală a luminii, stabilitatea funcțională în timp, prin modelarea și testarea structurilor multijoncțiune cu straturi subțiri, optimizarea straturilor de contact electric, micșorarea pierderilor optice și electrice la încapsulare.
În INCDFM, o cale de maximizare a eficienței de conversie urmărește realizarea unei structuri cu dublă joncțiune perovskit/Si cristalin bazată pe metasuprafețe. Rezultatele cercetării aplicative a metasuprafețelor s-au concretizat în 7 cereri de brevete de invenție depuse la OSIM.
Metasuprafața reprezintă în practică o interfață plasmonică cu grosimea sub lungimea de undă de operare, pe care sunt structurate tehnologic nanoantene sau rezonatori electromagnetici, dispuși regulat sub forma unei rețele „cristaline” bidimensionale cu o constantă de rețea mai mică decât lungimea de undă, pentru a modifica gradat faza luminii. Plasmonii sunt oscilații colective ale electronilor liberi dintr-un strat metalic sau semimetalic depus pe un mediu dielectric, oscilații induse prin interacțiunea cu lumina incidentă. Metasuprafețele reușesc să sporească interacțiunea luminii cu materia, ducând la eficiențe energetice crescute ale proceselor de conversie și rezoluție imagistică sub lungimea de undă pentru sistemele optice.
Un exemplu de metasuprafață realizată prin litografie cu mască din nanosfere de polistiren este arătat în Fig.1. Nanoantenele depuse sunt în acest caz de formă tetraedrală.



Caracteristicile unice de focalizare a radiației solare în regiunea activă a celulelor solare cu ajutorul metasuprafețelor, conform Fig. 2, justifică utilizarea lor în obținerea energiei electrice cu arhitecturi multijoncțiune cu un randament superior de conversie, posibil spre 50%, conform ultimelor confirmări tehnologice de la National Renewable Energy Laboratory din S.U.A.



În acest sens, INCDFM își continuă activitatea de dezvoltare a celulelor fotovoltaice cu randament superior pentru creșterea ponderii energiei obținute din surse regenerabile în balanța totală și tranziția către o economie sustenabilă.n



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite