Přezkoumání technologií vnitřních fotovoltaických článků mezinárodním výzkumným týmem se ponoří do nedávného pokroku, charakterizace a návrhových strategií používaných k vývoji vysoce účinných článků. Studie představuje 250 komerčních a laboratorních zařízení, stejně jako aplikace a zprávy

Přezkoumání technologií vnitřních fotovoltaických článků mezinárodním výzkumným týmem se ponoří do nedávného pokroku, charakterizace a návrhových strategií používaných k vývoji vysoce účinných článků. Studie představuje 250 komerčních a laboratorních zařízení, stejně jako aplikace a zprávy o výkonu.

Přehled technologií vnitřních fotovoltaických článků mezinárodním výzkumným týmem dokumentuje více než 250 velkoplošných a maloplošných komerčních a laboratorních zařízení. Zahrnuje organická, barvivem senzibilizovaná a perovskitová zařízení. Stejně jako krystalický a amorfní křemík, III-V polovodičové, chalkogenidové a nově vznikající bezolovnaté alternativní články.

,,Zjistili jsme, že zájem o tuto oblast skutečně stoupá, takže jsme věřili, že je třeba provést komplexní revizi všech vnitřních fotovoltaických technologií," řekla spoluautorka recenze Giulia Lucarelli.

Přehled také zahrnuje diskusi o aplikacích, nedávném pokroku a strategiích používaných k navrhování stabilnějších, vysoce účinných článků, které pracují při velmi nízkých úrovních osvětlení.

„Poskytli jsme podrobnosti o výkonu vnitřních fotovoltaických zařízení při osvětlení 200 lx a 1 000 lx,“ řekl odpovídající autor Thomas M. Brown. A vysvětlil, že většina domácností má osvětlení 200 lx. Zatímco 1 000 lx je typické pro velmi dobře osvětlená prostředí, jako jsou supermarkety.

Buněčné technologie

Brown poukázal na to, že jedním z počátečních velkoobjemových tržních výklenků pro vnitřní fotovoltaické systémy byly elektronické štítky na regálech supermarketů. Objevují se i další aplikace, jako jsou produkty internetu věcí, kde je fotovoltaika považována za umožňující přístup „přizpůsob a zapomeň“, kdy se produkt instaluje jednou bez nutnosti další údržby. „Přemýšlejte o použití teplotního nebo jiného typu senzoru ve vašem domě a jeho ponechání v provozu. A to aniž byste museli vyměňovat baterie,“ řekl Brown.

Buněčné technologie zahrnuté v přehledu sahají od krystalického a amorfního křemíku po III-V polovodičová a chalkogenidová zařízení. A to stejně jako organická, barviva senzibilizovaná, perovskitová a bezolovnatá alternativní zařízení.

Při pohledu na účinnost přeměny energie (PCE) a maximální hustotu výkonu (MPD) tým provedl několik pozorování. Například uvedl, že je „zřejmé, že bez ohledu na typ nebo intenzitu vnitřní lampy“ perovskitové solární články „překonaly“ ostatní fotovoltaické technologie jak z hlediska účinnosti, tak výstupního výkonu.

Tým zjistil, že organická fotovoltaická zařízení (OPV) fungovala dobře pod světelnými diodami (LED). Zatímco solární články citlivé na barvivo (DSSC) překonaly fluorescenční světlo (FL). Ale také varoval, že existuje pouze omezený počet zpráv, takže se zdá „obtížné“ vyvozovat jakékoli závěry.

„Mezi zavedenými technologiemi prokázaly v posledních letech složené a tenkovrstvé polovodiče značné zlepšení výkonu. Přičemž první z nich poskytují vysokou účinnost a výstupní výkon,“ zdůraznil tým. ,,Bezolovnaté alternativy právě vstoupily do vnitřní fotovoltaické arény. A podařilo se jim tak poskytnout nejvyšší účinnost, přibližně 18 %, s perovskitem na bázi cínu."

Přehled a účinnost fotovoltaických technologií

Diskutovaly se standardy pro podávání zpráv o výkonu. Zejména potřeba protokolu pro měření ve standardním spektru světelných zdrojů a standardní úrovni nebo úrovních osvětlení. ,,Nejvyužívanější se v současnosti stávají 200 lx a 1000 lx, takže obě se musí nadále hlásit," uvedli vědci.

Vysvětlili, že hlášení MPD pro osvětlení 200 lx a 1 000 lx je důležité pro vývojáře produktů. Ti navrhují řešení pro získávání energie a produkty, které fungují v řadě světelných podmínek. „MPD je bezprostřednější metrika. A to proto, protože vývojáři produktů, kteří chtějí integrovat FV do svých položek, přesně vědí, co vychází z FV zařízení,“ řekl spoluautor Abhisek Chakraborty.

Brown dodal, že spektra vnitřních lamp jsou různorodá. A to od LED po kompaktní zářivky a žárovky s různými teplotami barev. ,,Máme pouze jedno slunce, ale nespočet vnitřních zdrojů světla," řekl Brown.

Poznamenali také, že zatímco krystalický křemík, tenký film a nové fotovoltaické technologie mají protokoly stability pro venkovní aplikace. Zrychlené zátěžové testy „stále chybí“. Jsou pouze pro vnitřní prostředí navržená pro fotovoltaiku.

Závěr a celkové shrnutí

Při shrnutí zjištění tým konstatoval, že účinnost vnitřních laboratoří u nových fotovoltaických technologií dosahuje účinnosti v rozmezí 35 – 45 % pod 200 lx a 1 000 lx. „Odpovídající hustoty elektrického výkonu jsou v rozmezí 20 – 25 μW cm^-2 při 200 lx. A taky v rozsahu 120 – 150 μW cm² při osvětlení 1 000 lx,“ uvedl.

Je třeba vykonat práci na stabilitě vnitřního fotovoltaického systému a další zkoumání při nepřetržitém vnitřním osvětlení, poznamenal tým. A poukázal na to, že zlepšení lze dosáhnout „správným výběrem materiálů, designem zařízení a škálovatelnými výrobními“ procesy.

„Cílem se myslí zlepšit výkon a zároveň zvýšit stabilitu. Dále taky snížit náklady nejen na vnitřní zařízení, ale i na jejich integrační schopnosti s elektronickými produkty, které chtějí napájet,“ uvedl.

,,Jak se již zmínilo dříve, existuje otázka různých podmínek hlášení, osvětlení a měření pro vnitřní fotovoltaiku," řekl Brown s odkazem na budoucí směr výzkumu. „Snažíme se pro to představit některé osvědčené postupy. Pracujeme také na některých národních projektech souvisejících s vývojem perovskitových fotovoltaických systémů v interiéru prostřednictvím udržitelnějších materiálů a výrobních procesů."

Recenze se objevuje v „Fotovoltaice pro vnitřní sklizeň energie“, kterou vydala společnost Nano Energy. Výzkumníci byli z italské Tor Vergata University i Nizozemské organizace pro aplikovaný vědecký výzkum (TNO). Dále taky z Fundación Escuela Tecnologica v Kolumbii a Jain University v Indii.

Zdroj: pv-magazine, Vapol