Thin Film Silicon Tandem Junction Tenkovrstvé křemíkové tandemové články

Transkript

1 Thin Film Silicon Tandem Junction Tenkovrstvé křemíkové tandemové články Made by Sunfilm Jiří Špringer, Ph.D. Group Leader Product Engineering Company Presentation

2 External Quantum Efficiency, normalized Jak pracuje tandemový článek 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Wavelength (nm) Co se děje uvnitř článku? Horní amorfní článek absorbuje viditelné světlo o kratší vlnové délce. Spodní článek z mikrokrystalického křemíku využívá červené a infračervené světlo Výsledek Vyšší účinnost a alegantní černý vzhled 2

3 Účinnost Historie a dosažená účinnost Universita Neuchatel (CH) připravila první článek v r Kaneka (JAP) vyrobila první modul v roce 1998 Nejlepší průmyslově vyráběné tandemové moduly dosahují účinnosti přes 9%, zatímco amorfní moduly s jedním přechodem do 7%. V laboratoři Kaneka dosáhla účinnosti 15% (~1cm²), což odpovídá stabilizované účinnosti modulu 11-12%. NREL potvrdil stabilizovanou účinnost minimodulu 10%. Další vývoj Rychlejší a homogenní depozice tenkých vrtstev Vylepšení optických vlastností, obzvláště pak Light trapping Mezivrstva mezi horním a dolním článkem Nový design: trojitý přechod, zvětšení aktivní plochy, atd.

4 Struktura článku TCO (Transparent Conductive Oxide: SnO 2, ZnO) Přední sklo Hlavní funkce a požadavky na TCO: Přední kontakt: vysoká vodivost Transmise světla: minimální absorpce Rozptyl světla: správná hrubost Hladké TCO Hrubé TCO Transparentní vodivá vrstva (TCO) Amorfní článek (~0,3 μm) Mikrokrystalický článek (~1,5 μm) 1.8µm Zadní kontakt PVB folie (~1000 μm) Zadní sklo Neuspořádaná hrubost 0,1-1 m je antireflexní vrstva relativně nezávislá na úhlu dopadu => výhoda při nekolmém dopadu světla (ráno, večer, zataženo)

5 Struktura článku Křemíkové vrstvy Přední sklo Struktura a funkce: Každý článek te tvořen p-i-n přechodem Absorpce světla a generace volných nosičů (elektronů a děr) Effektivní rozdělení volných nosičů a jejich sběr na opačných stranách článku (vytvoření napětí) Transparentní vodivá vrstva (TCO) Amorfní článek (~0,3 μm) Mikrokrystalický článek (~1,5 μm) Amorphous p (positive) i (intrinsic) n (negative) p (positive) i (intrinsic) n (negative) Zadní kontakt PVB folie (~1000 μm) Zadní sklo Microcrystalline

6 Struktura článku Zadní kontakt (ZnO/Ag, ZnO/Al) Přední sklo Funkce a požadavky: Elektricky vodivý Vysoká reflexe Rozptyl světla Ochrana článku (zapouzdření) Transparentní vodivá vrstva (TCO) Amorfní článek (~0,3 μm) Mikrokrystalický článek (~1,5 μm) 1.8µm Zadní kontakt PVB folie (~1000 μm) Zadní sklo

7 Struktura článku PVB folie a sklo (Polyvinylbutyral) Přední sklo Funkce: Zapouzdření Odolné vůči klimatickým podmínkám Mechanické zpevnění Elektrická izolace Transparentní vodivá vrstva (TCO) Amorfní článek (~0,3 μm) Mikrokrystalický článek (~1,5 μm) 1.8µm Zadní kontakt PVB folie (~1000 μm) Zadní sklo Reklamationsworkshop Thalheim - Großröhrsdorf

8 Schéma sériového zapojení článků Světlo + Model SN2 (1.7m x 1.1m): 96 článků Model Q (1.3m x 1.1m): 106 článků Model F (2.6m x 2.2m): 216 článků Si Si - - Sériové propojení pomocí 3x laserového strukturování

9 Výrobní linka Applied Materials mytí skla laser 1 mytí skla depozice křemíku laser 2 depozice zadního kontaktu laser 3 kontaktování bus-bar PVB a zadní sklo laminace Autoclave aplikace kontaktů junction box sluneční simulátor: měření účinnosti aplikace montážních lišt 9 Company Presentation

10 Technická data modulů Konstrukce Typ článku Junction Box Konektor Certifikát Bezrámový, sklo / sklo laminát Zadní montážní lišty Tandemový tenkvrstvý křemíkový článek [amorfní / mikrokrystalický] Ochranná třída IP 67, s ochrannou diodou Multi Contact MC 4, nebo identický IEC 61646; EN (Safety Class II) Modul Model F Model L Model W Model Q Model SN2 Rozměry v mm (V x Š) 2600 x x x x x 1684 Směr článků Rovnoběžně s délkou modulu Váha v kg 1) Výkon Wp ) Maximální napětí (1) Přední a zadní sklo 3.2 mm pro modely F,L,W a Q. Přední a zadní sklo 4 mm pro modely SN2 (2) Nejlepší moduly >130W 10 Company Presentation

11 Tandem: produkt s unikátními vlastnostmi Zvýšená účinnost při teplotách modulu >25 C díky nízkému teplotnímu koeficientu v porovnání s klasickou křemíkovou technologií Vysoká účinnost také při slabém/difúzním světle a při částečném zastínění modulu Produkovaný výkon není citlivý na úhel instalace, umožňuje levnou horizontální instalaci s minimální ztrátou výkonu Vysoká energetická výtěžnost (kwh/kwp) Elegantní homogenní černý vzhled Integrované montážní lišty umožňují významné snížení instalačních nákladů (BOS) Technologie ohleduplná k životnímu prostředí, žádné těžké kovy Velice krátká energetická návratnost (energy payback time) 11 Company Presentation

12 Output difference rozdíl kwh/kwp (SF - c-si) (%) / c-si (%) Weighted teplota module modulu temperature ( C) ( C), intenzita irradiance osvětlení (kwh/m²) (kwh/m2) Porovnání tandemu vs. c-si v reálných podmínkách Sunfilm moduly vykazují vyšší energetickou výtěžnosti kwh/kwp Vysoká teplota a vysoká intenzita rozdíl výkonu output difference Nízká teplota a nízká intenzita teplota weighted module modulu temperature intenzita osvětlení irradiance in module plane 0 0 Source: Sunfilm test field measurement 2009 in Grossroehrsdorf 12

13 Energy Yield (kwh/kwp) Porovnání tandemu vs. CdTe v reálných podmínkách Comparing Measured Energy Yields to Forecast Sunfilm Measured Q105-Q110 Sunfilm Prognose Forecasted Sunfilm FirstSolar Measured CdTe Prognose Forecasted FirstSolar CdTe Source: Sunfilm AG Instalace Sunova AG v Groß-Umstadt 190 kwp Sunfilm Model Q and 168 kwp CdTe 13

14 Relative Efficiency (%) Výkon při vyšších teplotách Sunfilm moduly mají teplotní koeficient -0.30%/K, Tradiční krystalické moduly mohou mít až -0.45%/K Sunfilm Module c-si-module Module Temperature ( C) Source: Sunfilm inhouse simulation 15

15 Relative Efficiency (%) Při nižších osvětleních Sunfilm moduly překonávají tradiční krystalické Měření potvrzují simulace: při nízkých intenzitách osvětlení tandem podává vyšší výkon než c-si Simulace byla spočítána pomocí PV*SOL pro 25 0 C Výborná shoda mezi simulací a měřením Relative Efficiency Comparison c-si Sunfilm Tandem is udružuje vysokou účinnost i při nízké intenzitě světla (např. zatažená obloha) Source: Sunfilm test field measurement Grossroehrsdorf Irradiance (W/m²) c-si simulated c-si measured SF simulated SF measured 16

16 Sunfilm moduly efektivně využívají rozptýlené světlo Source: Q-Cells Module Test Center 17

17 Sunfilm moduly také předčí c-si při neoptimální orientaci nainstalovaného modulu Relativní výkon modulu při instalaci 30 mimo ideální orientaci Sunfilm moduly mohou být instalovány horizontálně (např. střešní aplikace), čímž jsou výrazně sníženy instalační náklady Ztráty způsobené horizontální instalací jsou výrazně nižší než u krystalických článků: Sunfilm modul: -5 až -10% c-si modul: -15 až -20% Source: data collection and analysis done by Sunfilm customer Sunova AG 18

18 Light-induced degradation světlem indukovaná degradace Vyšší výtěžnost kwh/kwp díky reversibilní degradaci

19 Závěrem Tandem optimálně využívá světlo v širokém rozsahu vlnových délek. Výsledkem je vyšší ůčinnost a elegantní černý vzhled. Vysoká energetická výtěžnost (kwh/kwp) díky příznivému teplotnímu koeficientu, malé citlivosti na ůhel dopadajícího světla a reverzibilní degradaci Nízké instalační náklady díky rozměru až 5.7m 2, integrovaným montážním lištám a možnosti instalovat moduly horizontálně Technologie ohleduplná k životnímu prostředí: žádné těžké kovy, velice krátká energetická návratnost Děkuji za pozornost 21

20 Contact Jiri Springer, Ph.D. Senior Process Engineer Group Leader Product Engineering Sunfilm AG Sunfilmstraße Grossroehrsdorf Germany Tel Fax