Utforska en ny generation solfångar-system: optimera utformningen av tunnfilmssolceller för koncentrerat ljus

Solcellsgruppen vid Uppsala universitet och Solar20 söker en exjobbare under hösten 2006. Exjobbet går ut på att göra en optimeringsmodell för tunnfilmsmoduler. Modellen ska användas dels till att trimma in parametrar för solcellsmoduler avsedda för icke-koncentrerande system, men ska utvidgas till enkla, koncentrerande system. Förutom en del datormodellering ingår mätningar som ska ligga till grund för modellen. Med modellen som grund planerar vi att tillverka en solcellsmodul som ska användas i en koncentratorprototyp.

Bakgrund
Solcellsmarknaden växer årligen med cirka 40 % och har gjort så de senaste 8 åren. Det gör solceller till en produkt som växer stort intresse internationellt. Den oerhört snabba tillväxten har gjort råvaran hög-renat kisel till en bristvara och marknaden skriker idag efter kisel. Samtidigt undersöker man på många ställen hur man kan utveckla alternativa tekniker och även hur kiselsolcellerna kan användas optimalt för att ge så många watt som möjligt.

CIGS-tekniken
En kisel-fri teknik är CIGS-tunnfilmssolceller, som har en stabil forskningsbas vid Ångströmlaboratoriet och dessutom ett avknoppningsföretag som är på väg att etablera sig. CIGS-tekniken kan ge solceller som i allt väsentligt är lika de konventionella kiselmodulerna, verkningsgrad, storlek m m. Skillnaden ligger i tillverkningskostnaden som i storskalig tillverkning beräknas ligga betydligt under kiselteknikens. Mer information finns på Solcellsgruppens hemsida, http://www.asc.angstrom.uu.se.

Koncentrerande system
En metod, som öppnar möjligheter för ett bättre utnyttjande av kiselsolceller, är enklare koncentrerande system. Genom att koncentrera solljuset kan man få högre verkningsgrad för samma mängd direkt solljus. Allra mest effekt per solcellsyta får man för solföljande system. Under ett flertal år har forskning på enkla koncentrerande system gjorts, bl a i Uppsala och Lund. Prototyper har testats vid några platser, bland annat Älvkarleby och Hammarby Sjöstad. Rapporter kring detta finns på solelprogrammets hemsida: www.elforsk.se/solel. Under en period, innan tunnfilmstekniken uppnår skalfördelar (lågt pris genom storskalig tillverkning) kan det vara intressant att testa även denna teknik i koncentrerande system.

Utmaningar och uppgift
Koncentration av solljuset kan ge problem för solcellerna, dels genom uppvärmning, dels genom att solljuset inte sprids jämnt över solcellsytan och dels genom att strömmen kan bli så hög så att ledningsförmågan i ytskiktet inte räcker till för att leda bort strömmen. Dessa effekter kan reducera vinsten betydligt i koncentrerande system. Resistansen i ytskiktet sätter också gränser för hur breda cellerna kan bli i CIGS-moduler som inte används i koncentrerande system.

Examensarbetets huvudsakliga innehåll är att utveckla en modell för optimering av modulprestanda för tunnfilmssolcellmoduler, där cell-bredden varieras från 3 till 10 mm och ljusintensitet varieras från motsvarande en sols intensitet till 20 solars intensitet.


Resultatet kommer att vara en optimering av ytskiktets ledningsförmåga, ytskiktets absorption, samt cellernas sammanlagda döda yta. En eventuell utvidgning av exjobbet kan vara att variera cellbredden inom samma solcellmodul för att ta hand om ojämnheter i ljusintensitet som orsakas av det koncentrerande systemet. Baserat på resultatet från beräkningarna ska en prototyp tillverkas för test i ett koncentrerande system från Solar20. Resultaten från beräkningar på en-sols-intensitet kan komma att utgöra en viktig pusselbit i arbetet med att optimera modul-tekniken för avknoppningsföretaget Solibro AB.