See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus

TalTechi materjaliteadlased parandasid järgmise põlvkonna päikesepaneelide tööefektiivsust hõbeda lisamisega absorbermaterjali


10.12.2019       Kersti Vähi
  • Kaukkuusik_pilt.jpg

Tallinna tehnikaülikooli materjaliteadlased on oma kaheaastase ühisprojekti tulemusena täiustanud uue põlvkonna päikesepatareide efektiivsust, asendades sealses absorbermaterjalis osaliselt vase hõbedaga.

Majanduse areng ja üldine tarbimiskasv suurendab nõudlust ka keskkonnasäästliku ning samas odavama energiatootmise järele. Selleks otsitakse võimalusi eelkõige taastuvenergeetikast. Uusi energiatootmise tehnoloogiaid iseloomustavad märksõnad on jätkuvalt puhtus, odavus, keskkonnasõbralikkus ja mitmekülgsed kasutusvõimalused, mistõttu päikeseenergeetika on täna parim lahendus. Päikeseenergeetika uue põlvkonna – monoterapulbril põhinevate päikesepaneelide  – arendamisega tegelevadki TalTechi materjaliteadlased.

TalTechi päikeseenergeetika materjalide teaduslabori juhataja vanemteadur Marit Kauk-Kuusik: „Klassikaliste 1950ndatel alguse saanud räni-päikesepaneelide tootmine on jätkuvalt väga ressursi- ja energiamahukas. Meie oleme keskendunud aga päikesepaneelide uue põlvkonna, ehk ühendpooljuhtmaterjalide baasil valmistatud nn õhukesekileliste päikesepaneelide arendamisele.“

Lahtiseletatult koosneb õhukesekileline päikesepaneel õhukestest materjalikihtidest. Selliste päikesepaneelide valmistamiseks peab kasutama väga hea päikesevalguse neelamisvõimega pooljuhtmaterjale. Kuna paneelide tootmiseks pikalt kasutatud räni päikesevalguse neelamisvõime pooljuhis pole eriti kõrge, kasutavad TalTechi teadlased selle asemel hoopis pooljuhtühendit kesteriiti (Cu2ZnSn(Se,S)4), mis sisaldab looduses laialt levinud ja mitte eriti kalleid erinevaid keemilisi elemente (näiteks vaske, tsinki, tina, väävlit ja seleeni). Kesteriidi valmistamiseks kasutavad TalTechi teadlased aga maailmas ainulaadset monoterapulbertehnoloogiat.

„Meie arendatav monoterapulbertehnoloogia eristub ülejäänud maailmas kasutatavatest sarnase struktuuriga päikesepaneelide tootmise tehnoloogiatest oma meetodi poolest. Üldiselt on levinud õhukesekileliste struktuuride valmistamiseks peamiselt vaakumaurustamise- või vaakumpihustustehnoloogiaid, mis on võrreldes monoterapulbertehnoloogiaga oluliselt kulukamad“, selgitab Marit Kauk-Kuusik.

Pulbertehnoloogia on protsess, kus spetsiaalses kamberahjus kuumutatakse 750 kraadi juures keemilisi komponente neli päeva. Seejärel saadud mass pestakse ja sõelutakse spetsiaalsetes masinates. Sünteesitud kõrgekvaliteediline mikrokristalne pulber, monoterapulber, lähebki kasutusse päikesepaneelide valmistamiseks. Pulbertehnoloogia erineb teistest tootmisviisidest eelkõige oma odavuse poolest, kuna sel puhul puudub vajadus kallite kõrgvaakumseadmete järele.

Tekkinud monoterapulber koosneb iselaadsetest mikrokristallidest, mis moodustavad suures paneelis (kaetuna üliõhukese puhverkihiga) igaüks omalaadse miniatuurse päikesepatarei. See annab aga materjalile nn eelmise põlvkonna ehk räni baasil tehtud päikesepaneelidega võrreldes tohutud eelised: ta on kerge, painduv, saab olla ka läbipaistev, olles samal ajal keskkonnasõbralik ja oluliselt vähem kulukas.

Päikesepaneeli kvaliteedi näitajaks on selle efektiivsus. Efektiivsus sõltub lisaks paneelis kasutatud materjalide omadustele ja päikesepatarei struktuurile ka päikesevalguse intensiivsusest, langemisnurgast ja temperatuurist.
Ideaalsed tingimused päikesepaneeli suurima efektiivsuse saavutamiseks on külmas päikselises mäestikus, mitte aga kuumas kõrbes, nagu eeldada võib, sest soojus ei suurenda paneeli efektiivsust. Iga päikesepaneeli jaoks on võimalik välja arvutada maksimaalne teoreetiline efektiivsus, mida seni on olnud reaalsuses siiski paraku võimatu saavutada. Aga see on eesmärk, mille poole püüelda.
„Meie oleme oma arendustöös jõudnud punkti, kus kesteriitses absorbermaterjalis osaliselt vaske hõbedaga asendades on võimalik suurendada paneeli efektiivsust 2%. Seda põhjusel, et vask on oma olemuselt väga liikuv, muutes päikesepaneeli töö seega ebastabiilsemaks. Lisades aga vase asemel 1% Ag-d (hõbedat), parandati efektiivsust 6,6%lt 8,7%ni“, kinnitab Marit Kauk-Kuusik.

TalTechi materjaliteadlaste kahe uurimisrühma: päikeseenergeetika materjalide uurimisrühma ja optoelektroonsete materjalide füüsika uurimisrühma koostööst ilmus artikkel „The effect of Ag alloying of Cu2(Zn,Cd)SnS4 on the monograin powder properties and solar cell performance“ mainekas teadusajakirjas Journal of Materials Chemistry A.

Arendatud toomistehnoloogia on pilootprojektina kasutusel Eesti-Austria ühisettevõttes Crystalsol GmbH. Selleks, et meie teadlaste väljatöötatud tehnoloogial valmistatud päikesepaneelid masstootmisse jõuaksid, soovitakse viia nende efektiivsus 15 %-ni.

Allikas: 08.10.2019 Journal of Materials Chemistry A
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/TA/C9TA07768E#!divAbstract

Lisainfo: TalTechi päikeseenergeetika materjalide teaduslabori vanemteadur Marit Kauk-Kuusik, marit.kauk-kuusik@taltech.ee

Kersti Vähi, TalTechi teadusosakond

 


Fotol Taltechi teadlaste poolt väljatöötatud järgmise põlvkonna kerge ja painduv monoterakiht-päikesepatarei, ildi autor professor Jüri Krustok