Jednym z najistotniejszych czynników, które mają wpływ na sprawność ogniwa, jest wartość współczynnika odbicia światła od jego powierzchni. Efekt zminimalizowania współczynnika odbicia uzyskuje się poprzez nakładanie warstwy antyrefleksyjnej (ARC - AntiReflective Coating) na powierzchnię ogniwa. Warstwy antyrefleksyjne otrzymuje się wykorzystując różne techniki: nakładanie metodami CVD, rozpylanie roztworu (spray), rozwirowywanie emulsji (spin-on), sitodruk [1]. Metoda PECVD umożliwia otrzymanie warstw o bardzo dobrych parametrach takich jak: współczynnik załamania, przerwa wzbroniona, duża jednorodność, skład chemiczny, kontrolowana grubość. Powierzchnię płytki krzemowej pokrywa się jedną lub dwoma warstwami antyrefleksyjnymi. Jako materiały na ARC stosuje się: TiO2 (n=2,3), Si3N4 (n=1,9), SnxOx, ZnS, MgF2, Ta2O5 (n=2,1…2,3), SiO2 (n=1,4…1,5), a w ostatnich latach do tego zastosowania testuje się także warstwy amorficzne. Bardzo popularną w ostatnich latach warstwą antyrefleksyjną jest amorficzny azotek krzemu a-SiNx, który bardzo dobrze sprawdza się jako warstwa pasywująca powierzchnię krzemu [2-4], a jego współczynnik załamania mieści się w przedziale 1,7…2,3. Poszukiwanie amorficznych materiałów do tego typu zastosowań bierze się stąd, że temperatura ich otrzymywania jest znacznie niższa w stosunku do materiałów krystalicznych. Poza tym amorficzne warstwy charakteryzują się bardzo dobrą jednorodnością, a obecność wodoru sprawia, że w zastosowaniach fotowoltaicznych pełnią podwójną rolę - są zarazem warstwą antyrefleksyjną i pasywującą. Pozwala to wykluczyć dodatkowy etap w technologii ogniw, jakim jest nakładanie warstwy pasywującej, a tym samym obniżyć koszty ich produkcji. Zasadniczy wpływ na ostateczne właściwości warstwy AR - minimalizację współczynnika odbicia światła - mają jej dwa parametry: współczynnik załamania światła oraz grubość warstwy. Bardzo istotny współczynnik odbicia efektywnego Reff [...]

  Wzrost zainteresowania ogniwami słonecznymi w ostatnich latach sprzyja badaniom nad podwyższaniem sprawności struktur fotowoltaicznych. Płytki krzemowe uzyskiwane tradycyjnymi metodami po procesie cięcia poddawane są trawieniu. Uzyskana w ten sposób powierzchnia posiada duży współczynnik odbicia, ponad 35%, który niekorzystnie wpływa na konwersję fotowoltaiczną. Jednym ze sposobów zmniejszenia odbicia światła od powierzchni krzemu jest jej teksturyzacja. Płytki monokrystalicznego Si o orientacji <100> poddaje się działaniu wodnego roztworu NaOH z izopropanolem, a ich powierzchnia po wytrawieniu przybiera kształt odwróconych piramid o rozkładzie losowym położeń i wysokości w przedziale 3…5 μm [1]. W wypadku Cz-Si teksturyzacja przynosi oczekiwane efekty. Krzem multikrystaliczny (mc-Si) charakteryzuje anizotropia kierunków krystalograficznych poszczególnych ziaren, stąd właściwa teksturyzacja jego powierzchni niesie wiele problemów [2]. Stąd też o wiele bardziej efektywnym procesem podwyższania sprawności ogniw, jest nakładanie warstw antyrefleksyjnych, jak np. a-SiNx:H [3]. Propozycja autorów dotyczy zastosowania nowego materiału (a-Si:C:H), optymalizacji jego właściwości fizykochemicznych i strukturalnych oraz sprawdzenia jego wpływu na właściwości elektryczne ogniw słonecznych. Technologia warstw antyrefleksyjnych (ARC) i krzemowych ogniw słonecznych Warstwy antyrefleksyjne, wykazujące zarazem właściwości pasywujące do zastosowań w fotowoltaice otrzymuje się m.in. z fazy gazowej przy użyciu szeroko rozumianych technologii CVD (Chemical Vapour Deposition). Przykładem są cienkie, amorficzne, uwodornione warstwy typu a-Si:C:H, otrzymywane przy użyciu wielomodułowego systemu MW - PE CVD (Microwave - Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH). Jedną z komór układu MW - PE CVD zaprojektowano do nanoszenia warstw z użyciem plazmy wzbudzanej mikrofalami 2,45 GHz, drugą na[...]

Niekorzystne zmiany klimatyczne, wywołane głównie nadmiernym wykorzystaniem podstawowych kapitałów naturalnych, skłaniają nas do ograniczania wytwarzania gazów cieplarnianych poprzez zastępowanie klasycznych źródeł energii źródłami odnawialnymi (energia słoneczna, wiatrowa, wodna, biomasa, itp.). Jednym ze źródeł odnawialnych jest energia słoneczna, zamieniana na prąd elektryczny w ogniwach fotowoltaicznych (PV). Systemy fotowoltaiczne są coraz chętniej instalowane nie tylko w dużych aglomeracjach miejskich jako źródła pomocnicze, ale przede wszystkim w regionach odciętych od publicznej sieci energetycznej. Różnorodność zastosowań takich systemów jest ogromna: ogniwa słoneczne są jedynym źródłem energii w kosmosie; pojawiają się samochody o napędzie elektrycznym, zasilane ogniwami fotowoltaicznymi; statki napędzane energią słoneczną. Z ogniw mogą być zasilane urządzenia ochrony pastwisk i lasów, urządzenia osuszające bądź nawadniające, znaki informacyjne na autostradach itp., w medycynie - np. ambulatoria polowe w krajach trzeciego świata [1]. Autorzy pracy zastosowali wytworzony w Akademii Górniczo-Hutniczej moduł słoneczny do zasilania mobilnego robota inspekcyjnego, wykonanego w Katedrze Automatyki AGH. Najpopularniejszym obecnie materiałem bazowym ogniw słonecznych jest krzem multikrystaliczny. Sprawność wykonywanych z niego ogniw dochodzi do 16%, w zależności od zastosowanej warstwy antyrefleksyjnej. Jednym z najistotniejszych czynników, które mają wpływ na sprawność ogniwa jest wartość współczynnika odbicia światła od jego powierzchni. Poprzez nakładanie warstwy antyrefleksyjnej (ARC - AntiReflective Coating) na powierzchnię ogniwa uzyskuje się efekt zminimalizowania tego współczynnika. Obecnie stosuje się kilka rodzajów warstw ARC: TiO2, SiNx, SnxOx, ZnS, MgF2, Ta2O5, a w ostat[...]

  Krzem jako materiał bardzo kruchy, zwłaszcza przy grubości jaką posiada w ogniwach słonecznych - mniej niż 300 μm - dość łatwo ulega uszkodzeniom mechanicznym. Ogniwa są cienkimi i kruchymi płytkami połączonymi delikatnymi paskami metalu. Standardowo na powierzchnię ogniw nanosi się cienką warstwę, której zasadnicze zadanie polega na tym, że ma minimalizować odbicie światła od jego powierzchni. Warstwa antyrefleksyjna posiada grubość poniżej 100 nm, ale mimo to może również stanowić zabezpieczenie powierzchni ogniwa. W procesie technologicznym produkcji paneli, na etapie laminowania ogniw, ochronną rolę bezpośrednio przejmuje już folia [1]. Potem od frontu ogniwa dodatkowo zabezpieczone są twardą płytą szklaną. Jednakże zanim ogniwa zostaną zalaminowane, istotne jest, aby uszkodzenia ich powierzchni były jak najmniejsze. Cały proces produkcji ogniw i paneli musi to uwzględniać i cechować się dużą czułością i precyzją. Wszelkie rysy, zadrapania czy mikropęknięcia mogą skutkować upływami prądu. Te wszystkie niedoskonałości materiałowe mogą mieć jeszcze większe, niekorzystne znaczenie w podwyższonych temperaturach, w jakich często pracują ogniwa. Wiąże się to ze spadkiem sprawności pojedynczego ogniwa, a tym samym ze zmniejszeniem całkowitej sprawności modułu, ze względu na szeregowe połączenie ogniw w nim. Straty, wynikające ze zniszczenia materiału, są z góry wpisane w technologię produkcji ogniw. Nie oznacza to jednak, że nie można ich minimalizować. Odpowiednio dobrany skład chemiczny warstw antyrefleksyjnych, może stać się ich dodatkowym atutem, a powierzchnia ogniw słonecznych będzie dodatkowo wzmocniona. Autorzy pracy wybrali do nanoszenia amorficznych warstw antyreflek[...]

  Efekt elektrochromowy odkryty w latach siedemdziesiątych przez S.S. Deba [1] w cienkich warstwach tlenków metali przejściowych, polega na przejściu fazowym zachodzącym w warstwie tlenku metalu. Przejście to, wymuszone niewielkim napięciem zasilającym, skutkuje zmianą struktury z tlenkowej na strukturę brązu tlenkowego oraz zmianą barwy warstwy tlenkowej, która pozostaje w kontakcie z elektrolitem lub przewodnikiem jonowym. Zmiana barwy oraz zmiana transmisji od stanu odbarwionego na poziomie ponad 70% do wartości poniżej 10% dla stanu zabarwionego stanowi podstawę szeregu zastosowań. Cienkie warstwy WO3, TiO2, MoO3 czy V2O5 w systemach wielowarstwowych z warstwą przewodnika jonowego i przeźroczystymi dla światła widzialnego elektrodami, wykazują właśnie taki efekt elektrochromowy [2]. Efekt ten utrzymuje się nawet po odłączeniu polaryzacji umożliwiając utrzymanie niskiego poziomu transmisji systemu bez zużywania energii. Jest to tak zwany efekt pamięci, dający szerokie pole do zastosowań niskomocowych źródeł energii. Stąd możliwe jest zasilanie układu EC źródłami niskiego napięcia np. modułem fotowoltaicznym [3]. Na rys. 1 i 2 przedstawiono zastosowanie systemów elektrochromowych w architekturze [4] i przemyśle samochodowym [5]; przykładowe aplikacje, obecne już w przemyśle, w których stosuje się efekt elektrochromowy.Budowa systemu elektrochromowego Znanych jest szereg konstrukcji cienkowarstwowych systemów elektrochromowych. Podstawowym podziałem jest podział ze względu na rodzaj użytego elektrolitu. Rozróżniamy systemy z ciekłym i stałym elektrolitem. Autorzy opracowali system elektrochromowy w oparciu o cienkie warstwy elektrochromowe WO3, otrzymywane metodą magnetronowego reaktywnego rozpylan[...]

  Dzięki efektowi fotowoltaicznemu w półprzewodnikach, promieniowanie słoneczne może być bezpośrednio przetwarzane na energię elektryczną. Pod wpływem promieniowania słonecznego absorbowanego przez półprzewodnik z barierą potencjału (złącze p-n, p-i-n, heterozłącze) następuje generacja ujemnego (elektronu) i dodatniego (dziury) ładunku. Ładunki te są rozdzielane przez barierę potencjału i zbierane na elektrodach zewnętrznych. Absorpcja przeważającej części promieniowania słonecznego, padającego na ogniwo, następuje w obszarze krzemu typu n, zwanym emiterem. Obszar krzemu typu p, zwany jest kolektorem i wraz z emiterem oraz dwoma elektrodami - przednią i tylną, stanowią najważniejsze elementy składowe ogniwa fotowoltaicznego. Dodatkowym elementem ogniw jest - nie mniej istotna - warstwa przeciwodblaskowa, antyrefleksyjna (ARC - antireflective coating), którą nanosi się na powierzchnię emitera. Jak nazwa wskazuje, jej zasadnicza rola polega na maksymalnym zmniejszaniu odbicia promieniowania słonecznego padającego na ogniwo, dzięki czemu uzyskuje się wzrost sprawności ogniwa. Absorpcja promieniowania oraz rozkład spektralny widma słonecznego znacznie ogranicza grupę materiałów półprzewodnikowych, nadających się do zastosowań w konwersji fotowoltaicznej. Aby wykorzystać jak największą część widma słonecznego, przerwa energetyczna Eg danego półprzewodnika powinna być jak najmniejsza. Jednocześnie wiadomo, że większa przerwa energetyczna umożliwia uzyskanie wyższego napięcia fotoelektrycznego. Właśnie z tego powodu, bardzo istotną kwestią przy projektowaniu baterii słonecznej, jest optymalizacja dopasowania czułości spektralnej fotoogniwa do charakterystyki widmowej promieniowania. Największą czułość widmową fotoogniwa można uzyskać poprzez zrównanie grubości obydwu obszarów złącza p-n z długościami dróg dyfuzji nośników, a także maksymalne wydłużenie tych dróg [1]. Istotną rolę odgrywa także odbicie światła od powierzchni stosowanyc[...]

  Materiały elektrochromowe stanowią grupę materiałów tlenkowych intensywnie badanych ze względu na potencjalne zastosowania w elektronice [1], architekturze [2, 3] oraz w wielu dziedzinach techniki [4, 5]. Efekt elektrochromowy występujący w tych materiałach polega na zmianie barwy pod wpływem niewielkiego napięcia, będącej skutkiem zmiany struktury tlenku na strukturę brązu tlenkowego. Schemat tego procesu przedstawiono na rys. 1. Intensywność zabarwienia jest proporcjonalna do wartości przyłożonego napięcia, co stwarza wiele możliwości aplikacyjnych niedostępnych w innych systemach jak np. wyświetlacze LCD. Regulowana transmisja światła w obszarze widzialnym otwiera możliwość wykonania filtrów optycznych, inteligentnych okularów przeciwsłonecznych, przeszkleń zapewniających intymność pracy lub komfort podróżowania (samochody rodzinne, autokary turystyczne). Proces przedstawiony na rys. 1 zachodzi w wielowarstwowych systemach cienkich warstw, gdzie jednym z elementów funkcjonalnych jest warstwa elektrochromowa. Pozostałe to elektrody polaryzacyjne, źródło jonów barwiących i kontakty metaliczne. Rys. 1. Sche[...]