Инновационная солнечная технология CdTe: прозрачные панели (BIPV)

Солнечная панель CdTe (теллурид кадмия) является важной отраслью тонкопленочных солнечных технологий. Некоторые из его преимуществ по сравнению с традиционными панелями c-Si привели к их постоянно растущему использованию в промышленном, коммерческом, а также жилом сегментах, что составляет около 5-6% доли мирового рынка панелей.

Примечательно, что несколько отличительных свойств технологии CdTe вносят значительный вклад в развитие революционных «прозрачных солнечных панелей».

Давайте углубимся в то, почему и как технология CdTe применяется к прозрачным панелям, а также в их плюсы и минусы.

Начинаем с основ CdTe

Изучение основ технологии CdTe имеет решающее значение для понимания прозрачных панелей, построенных на ее основе.

Элементы CdTe используют теллурид кадмия в качестве полупроводникового материала для преобразования солнечного света в электричество. Чем-то похож на структура клеток CIGSВ ячейках CdTe обычно используется тонкий слой CdS в качестве слоя n-типа, который помещается над слоем CdTe для создания pn-гетероперехода, то есть фотоэлектрического материала. Другие слои, содержащие ячеистую структуру CdTe, также включают:

• Инкапсулянт: Слой, который защищает нижние слои клетки от влаги и разрушения.
• Слой прозрачного проводящего оксида (TCO): Обычно изготавливается путем нанесения SnO2:F или аналогичного материала. Этот слой служит передним электродом, пропуская свет и проводя электричество.
• Задний электрический контакт: Обычно это слой теллурида цинка (ZnTe). Этот слой также требует нанесения слоя металла или углеродной пасты, которая вводит медь (Cu) в заднюю часть элемента.
• Запечатываемый материал: это клеточная основа, на которую наносятся другие слои, обеспечивающие структурную поддержку. Это может быть стекло или другие гибкие материалы.

Разработка прозрачных солнечных панелей

Прозрачные солнечные панели считаются новаторской технологией, целью которой является сбор солнечной энергии, не препятствуя проникновению солнечного света внутрь, выполняя двойную роль: генератора чистой энергии и окна для конструкции.

Хотя исследования этой технологии панелей развивались за последние несколько десятилетий, это было не до 2014 что исследовательская группа из Мичиганского государственного университета (МГУ) изобрела то, что считается первой версией «прозрачных солнечных панелей». Эта веха начала придавать этой технологии огромный импульс и стимулировать значительные успехи в ее развитии.

Хотя их принято называть «прозрачными солнечными панелями», они не являются таковыми. действительно прозрачный фотоэлектрические стеклянные панели. 

Официальное название технологии МГУ — прозрачный люминесцентный солнечный концентратор (ТЛСК). Физически говоря, он использует небольшие инновационные органические молекулы в забрать невидимые длины волн солнечного света в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазоне «свечают» их на другой длине волны в инфракрасном диапазоне, а затем направляют их к краю панели, где они преобразуются в электричество через тонкие фотоэлектрические полоски.

Начальная эффективность преобразования этой технологии составляет около 1%. Благодаря постоянной оптимизации конструкции TLSC технология прозрачных панелей МГУ продемонстрировала эффективность. выше 5%.

Однако достижение существенного прорыва в эффективности высокопрозрачных солнечных панелей представляется сложной задачей, во многом из-за внутреннего ограничения, налагаемого их основным принципом: преобразование невидимых волн при одновременном отказе от видимых волн. 

С другой стороны, это открывает еще один путь в рамках «прозрачной дорожной карты»: полупрозрачные солнечные панели.

Проще говоря, полупрозрачные солнечные панели идут на некоторые компромиссы в отношении прозрачности, чтобы освободить место для повышения эффективности. Обеспечивая баланс между прозрачностью и эффективностью для разных случаев использования, эти панели могут различаться по прозрачности. некоторые достигают почти прозрачности.

Почему технология CdTe применяется к прозрачным солнечным панелям?

С расширением значения технологии прозрачных панелей исследователи изучают возможность использования других материалов для создания этих панелей.

Одной из них является технология ячеек CdTe.

Отличная толщина

Прежде всего, элементы CdTe известны своими более тонкими слоями поглотителя, их толщина находится в диапазоне 2–10 микрометров (мкм). Эта толщина значительно меньше, чем у традиционных элементов c-Si, с диапазоном толщины 100-200 мкм. 

Исследователи обнаружили, что элементы CdTe, изготовленные из определенная толщина поглотителя может привести к повышению производительности. В некоторых случаях изменение концентрации определенных элементов в абсорбирующем слое может привести к тому, что толщина приблизится к нижнему пределу среднего диапазона или даже окажется ниже него, но иногда это приведет к снижению эффективности.

Другими словами, отличная толщина делает технологию CdTe еще одним подходящим вариантом для создания прозрачных солнечных панелей. Специалисты могут изготовить эти панели с различный процент прозрачности путем применения компромисса между толщиной (прозрачностью) и эффективностью.

Высокая эффективность при слабом освещении

Во-вторых, элементы CdTe демонстрируют отличную производительность в условиях низкой освещенности. Это свойство хорошо адаптируется к условиям освещенности и переменным условиям окружающей среды в местах установки прозрачных панелей.

В городских условиях здания и другие конструкции могут создавать тени, в то время как относительно более высокие уровни загрязнения и твердых частиц могут поглощать и рассеивать солнечный свет. Оба этих фактора могут уменьшить количество прямых солнечных лучей, попадающих на прозрачные панели в течение дня. Эффективность ячеек CdTe при слабом освещении может частично компенсировать этот негатив.

Нижний температурный коэффициент

В-третьих, городские территории часто проходят через «городской остров теплаЭффект, когда температура выше, чем в прилегающих сельских районах. Более высокие температуры могут снизить эффективность солнечных элементов, что связано с температурным коэффициентом панелей; элементы CdTe не исключаются.

Однако элементы CdTe имеют более низкий температурный коэффициент, обычно в диапазоне от -0.20%/°C до -0.25%/°C, в отличие от элементов c-Si, обычно в диапазоне от -0.30%/°C до -0.50%/. ºС. Считается, что это также поможет частично смягчить влияние их более низкой эффективности.

Проверенная технология с низкой себестоимостью продукта

И последнее, но не менее важное: солнечная технология CdTe занимает второе место после c-Si как одна из наиболее распространенных фотоэлектрических технологий. Процесс производства панелей CdTe проще и дешевле, чем панелей c-Si и других типов тонкопленочных панелей. Это не только повышает конкурентоспособность прозрачных солнечных панелей на основе CdTe, но и закладывает основу для будущего крупномасштабного коммерческого использования в городских районах.

Окончательный вердикт

Использование проверенной солнечной технологии CdTe в производстве прозрачных солнечных панелей открывает значительный потенциал, предоставляя мудрое и реальное решение для «соляризации» в городах, где большие открытые пространства и пространства на крышах ограничены, но стеклянных поверхностей предостаточно.

Примечательно, что существуют около десяти миллиардов квадратных метров стеклянных поверхностей только в Соединенных Штатах!

Дальнейшее развитие этой новой технологии предполагает повышение эффективности при одновременном обеспечении исключительной прозрачности, содействии индивидуальному проектированию и внедрению комплексного подхода.прозрачная система производства солнечной энергиии создание хорошо продуманной цепочки переработки для борьбы с недружественными элементами.