Mikrometrikong photovoltaic cell: pag-aaral noong 2023 para sa mas maliliit na aparato

Sa isang panahon kung saan ang mga pangmatagalang solusyon sa enerhiya ay higit na mahalaga, patuloy ang pag-unlad ng teknolohiyang photovoltaic o solar. Noong Nobyembre 2023, iniulat ng University of Ottawa (U of O) na isang pangkat ng mga siyentipiko ang nakagawa ng mga mikrometrikong photovoltaic cell na may mga contact sa likod. Inilarawan ito ng unibersidad bilang isang mahalagang hakbang sa patuloy na pagpapaliit ng mga elektronikong aparato. Ang pagkauna ay tumutukoy sa partikular na mikrometrikong disenyo, hindi sa lahat ng solar cell na may back contact.

• Mathieu de Lafontaine, isang postdoctoral researcher sa U of O at part-time na propesor ng pisika
• Karin Hinzer, vice-dean ng pananaliksik, at University Research Chair sa Photonic Devices for Energy sa Faculty of Engineering

Bagaman ang U of O ang sentro ng pagsulong na ito, sinuportahan din ang pangkat ng Université de Sherbrooke sa Quebec at ng Laboratoire des Technologies de la Microélectronique sa Grenoble, France.

Ano ang mga Photovoltaic Cell?

Ang mga photovoltaic o solar cell ay direktang nagko-convert ng liwanag sa kuryente. Kapag sumisipsip ng angkop na photon ang semiconductor, gaya ng silicon, nabubuo ang mga carrier ng karga: mga electron at ang mga bakanteng puwestong tinatawag na hole. Pinaghihiwalay ang mga ito ng istruktura ng cell upang makalikha ng boltahe at kuryente sa panlabas na circuit.

Ang mga solar cell ang pangunahing sangkap ng mga solar panel. Nagbibigay ang pag-aaral na ito ng paraan upang makagawa ng mas maliliit na photonic power device, na may potensiyal para sa mas siksik na mga sistema.

Ano ang ‘Back-Contact Micrometric Photovoltaic Cells’?

Sa back-contact cell, nasa likod ang mga electrical contact sa halip na may mga contact din sa ibabaw na tumatanggap ng liwanag. Binabawasan nito ang lugar na natatakpan ng mga electrode. Ang pag-aaral ay gumamit ng tatluhang-junction na III-V/Ge micro solar cell; hindi ito simpleng bagong sukat ng karaniwang silicon panel.

Ano ang ‘Shadowing’ Effect?

Ang epekto ng pagtakip o shadowing ay ang pagharang ng mga contact sa liwanag na papasok sa cell. Ang mga metal contact sa harap ng maraming kumbensiyonal na cell ay kumokolekta at nagdadala ng nalilikhang kuryente, ngunit natatakpan din nila ang bahagi ng aktibong ibabaw.

Gayunpaman, ang mga contact na ito ay maaaring harangan ang bahagi ng dumarating na sikat ng araw, na pumipigil dito na maabot ang photovoltaic material sa ilalim. Ang pagharang na ito ay nagpapababa ng dami ng liwanag na magagamit para sa pag-convert sa kuryente, kaya binabawasan ang kabuuang kahusayan ng solar cell.

Pinagmulan: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325

Mahalaga ang pagbawas ng pagtakip sa liwanag sa ilang dahilan:

1. Pinataas na Kahusayan: Kapag mas maliit ang lugar na natatakpan ng mga contact, mas maraming liwanag ang maaaring masipsip ng aktibong bahagi. Maaari nitong mapataas ang nalilikhang kuryente mula sa parehong sikat ng araw.
2. Kahusayan sa Gastos: Ang mas mataas na kahusayan ay maaaring magpababa ng kinakailangang lawak para sa parehong enerhiya. Ang tunay na gastos ay nakasalalay rin sa paggawa, pag-install at buong sistema; hindi sapat ang kahusayan lamang.
3. Pagkakaiba-iba at Flexibilidad sa Disenyo: Ang pagbawas ng shadowing ay nagbibigay-daan sa mas makabago at flexible na disenyo ng solar cell.  Maaari itong magdulot ng pag-develop ng mga cell na hindi lamang mas epektibo kundi mas manipis at magaan, na maaaring maging kapaki-pakinabang para sa mga aplikasyon na may limitasyon sa espasyo at bigat, tulad ng sa aerospace, portable na mga device, at integrated building solutions.

Ang pagbawas ng pagtakip ay isang mahalagang direksiyon sa teknolohiyang solar. Nagpapakita ang mga mikrometrikong back-contact cell ng potensiyal para sa mas episyente at mas nababagong disenyo, ngunit ang malawakang paggamit at gastos ay nakasalalay pa sa pagbuo ng mga praktikal na sistema.

Bakit Mahalaga ang Miniaturisasyon?

Higit pa sa pagbawas ng shadowing effect sa tradisyonal na photovoltaic cell, ang back-contact ay nagbibigay-daan sa napakalaking pagpapabuti ng miniaturisasyon. Ito ay mahalaga sa larangan ng electronics at mga teknolohiyang renewable energy dahil nagbibigay ito ng mas epektibong paggamit ng espasyo at mga mapagkukunan habang pinapahusay ang performance.

Inihambing ng pahayag ng unibersidad ang sukat ng cell sa humigit-kumulang dalawang kapal ng buhok ng tao; hindi nito sinasabing ganoon kakapal ang semiconductor film. Sa papel, 20 µm ang manipis na III-V film na hinawakan sa pamamagitan ng wafer bonding. Ang hanggang tatlong ulit na pagbaba sa gastos sa paggawa ng enerhiya ay potensiyal na pakinabang na binanggit sa anunsiyo, hindi napatunayang pagbawas sa presyo ng lahat ng solar panel.

Ayon kay de Lafontaine, maaaring mapabilis ng mas mura at mas mahusay na solar cell ang paglipat sa malinis na enerhiya.

Binanggit din niya ang potensiyal para sa magagaan na nuclear battery sa kalawakan at mas maliliit na aparato para sa internet of things, computer at smartphone. – Mathieu de Lafontaine

Maaaring makatulong ang pagpapaliit sa pag-angkop ng mga aparato sa iba’t ibang kapaligiran. Sa internet of things, maaaring magsuplay ng enerhiya ang maliliit na photovoltaic cell sa mga aparatong may sapat na liwanag at angkop na pangangailangan sa kuryente; hindi nito inaalis ang lahat ng limitasyon ng suplay o imbakan ng enerhiya.

Sa ganitong paraan, ang pag-unlad na ito ay maaaring magpadali ng mas berde, mas sustainable na pamamaraan sa pagbuo at paggamit ng enerhiya, na direktang nag-aambag sa paglipat patungo sa carbon-neutral na ekonomiya.

Saan Ginagamit Ang Mga Ito?

Ang mga photovoltaic cell ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon na patuloy na lumalago sa pamamagitan ng mga pag-unlad tulad ng back-contact manufacturing. Ang pagkakaiba-iba at atraksyon nito ay pangunahing dahil sa kakayahan nitong mag-generate ng kuryente sa isang malinis, renewable na paraan.

Higit pa sa tradisyonal na pagbuo ng kuryente, sila ay mahalaga sa mga remote at portable na power system, tulad ng mga ginagamit sa eksplorasyon ng kalawakan, kung saan pinapagana nila ang mga satelayt at spacecraft.

Sa miniaturisasyon ng mga cell na ito, ang kanilang mga aplikasyon ay umaabot sa mas siksik na mga elektronikong device, na maaaring magbago ng mga industriya tulad ng telecommunications at Internet of Things (IoT). Tulad ng nabanggit kanina, ang miniaturisasyon ay maaaring magdulot ng mas epektibo, compact, at versatile na mga solusyong solar-powered, na nagpapalawak ng saklaw kung saan maaaring ilapat ang teknolohiyang photovoltaic.

Mga kumpanya sa industriya

Ang sumusunod ay mga halimbawa ng mga kumpanya sa solar at renewable energy na tinalakay noong 2023. Ang nakapirming market value, P/E at EPS sa mga talahanayan ay makasaysayang mga bilang mula sa orihinal na artikulo, sa dolyar ng US kung naaangkop, at hindi kasalukuyang datos. Ang mga nababagong stock widget ay hiwalay sa mga bilang na iyon.

1.  NextEra Energy Resources

NEE Tsart ng Presyo

Ang NextEra Energy (NEE ) Resources ay subsidiary ng nakalistang NextEra Energy; ang NEE widget at talahanayan ay para sa parent company. Sa ulat para sa unang quarter ng 2023, nagdagdag ang Energy Resources ng humigit-kumulang 2,020 MW ng mga bagong proyekto sa renewable energy at imbakan sa backlog, kabilang ang halos 1,370 MW ng solar, 450 MW ng imbakan at 200 MW ng hangin. Umabot sa humigit-kumulang 20.4 GW ang backlog, na hindi katumbas ng mga proyektong lahat ay gumagana na.

Kabilang sa mga proyektong tinalakay noon ang kabuuang 400 MW na Sebree Solar sa Henderson County, Kentucky. Ayon sa developer, nagsimulang gumana ang 250 MW na unang yugto noong Setyembre 2025; nakatakdang matapos ang 150 MW na ikalawang yugto sa huling bahagi ng 2026, saklaw ng mga kinakailangang pahintulot.

Kasama rin sa mga makasaysayang proyekto ang 200 MW na Green River Solar sa Kentucky, sa pamamagitan ng subsidiary ng NextEra Energy Resources. Ipinakikita ng mga ito ang lawak ng proyekto nito sa solar, hindi ang paggamit ng mismong mikrometrikong teknolohiya ng Ottawa.

2.  First Solar

FSLR Tsart ng Presyo

Ang First Solar (FSLR ) ay gumagawa ng cadmium-telluride thin-film solar module. Sa ikatlong quarter ng 2023, nag-ulat ito ng $801 milyon na net sales at 2.7 GW ng nabentang module. Noong panahong iyon, target nitong umabot sa humigit-kumulang 25 GW ang pandaigdigang taunang kapasidad sa paggawa pagsapit ng 2026. Ang target na kapasidad ay hindi aktuwal na produksyon noong 2023.

Noong 2023, ipinakilala rin ng First Solar ang bifacial thin-film module. Nakakakuha ito ng karagdagang enerhiya mula sa liwanag sa likod, depende sa lokasyon at disenyo ng sistema. Hindi nito ibig sabihing doble agad ang output.

3.  SolarEdge Technologies

SEDG Tsart ng Presyo

Ang SolarEdge Technologies (SEDG ) ay nagbibigay ng smart energy technology. Sa unang quarter ng 2023, nagtala ito ng $943.9 milyon na kita, kabilang ang $908.5 milyon mula sa solar segment. Sa parehong quarter, nagpadala ito ng mga inverter na may kabuuang 3.6 GW AC na kapasidad at 221 MWh ng mga baterya. Mga bilang ito para sa partikular na quarter, hindi para sa buong 2023.

Mga Kapansin-pansing Banggit

Pangwakas na Kaisipan

Ang mga mikrometrikong photovoltaic cell na may back contact ay nagpapakita ng potensiyal upang bawasan ang pagtakip ng mga electrode at gumawa ng mas maliliit na photonic power device. Maaari nitong palawakin ang mga aplikasyon ng solar, ngunit ang pag-aaral ay hindi patunay na lahat ng panel ay agad magiging mas mura o mas episyente.

Ang karagdagang pananaliksik at pagpapalawak ng paggawa ang magtatakda kung paano maisasama ang teknolohiyang ito sa mga praktikal na sistema ng malinis na enerhiya.