Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 11 okladka

       11/2019

 

User Menu

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

heroal 2018 Banner C50VSZ 750x150 PL mit-Rahmen1 

baner szklo budowlane

 

20190820-BANNIERE-HALIO-750x100-1D-PL

 

wlasna-instrukcja ift--baner do newslet-2019

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

  

budma 2020 - 480x120

 

Zastosowanie fryt szklanych w fotowoltaice zintegrowanej z budownictwem
Data dodania: 22.12.14

Mała jeszcze popularność zastosowań fotowoltaiki we współczesnej architekturze wynika z wysokiej ceny, ograniczonej ilości barw oraz braku transparentności dostępnych powszechnie ogniw fotowoltaicznych. Z taką sytuacją mamy do czynienia w przypadku paneli zbudowanych w oparciu o ogniwa I generacji (np. krzemu monolub polikrystalicznego) i II generacji (np. krzemu amorficznego lub CiGs).

 

Odpowiedzią współczesnej technologii na wyeliminowanie powyższych wad są panele fotowoltaiczne zbudowane w oparciu o ogniwa III generacji (np. DSSC – tzw. barwnikowe lub perowskitowe). Takie panele, ze względu na dużo mniejsze zużycie energii wykorzystywanej do produkcji ogniw, a także walory estetyczne, tj. przezierność, czy możliwość doboru barw, z sukcesem zastąpią stosowane dziś rozwiązania. Naturalne jest dążenie do stworzenia szyby fotowoltaicznej, która wyglądem i ceną nie będzie odbiegała, od dobrych szyb obecnie stosowanych w budownictwie.

 

Konstrukcja ogniw DSSC oparta jest na budowie warstwowej, na którą składają się dwie transparentne płyty ze szkła TCO (ang. Transparent Conductive Oxide), umieszczone względem siebie równolegle i oddalone o około 60 μm. Na jednej z płyt naniesiona jest nanokrystaliczna warstwa ditlenku tytanu TiO2 pokrytego metaloorganicznym, światłoczułym barwnikiem (sensybilizator) – układ ten pełni w ogniwie funkcję fotoanody. Na powierzchni drugiej płyty szkła TCO znajduje się zwykle nanoplatyna stanowiąca warstwę katalityczną – układ ten jest katodą w ogniwie. Przestrzeń pomiędzy płytami wypełniona jest ciekłym elektrolitem. Odprowadzenie ładunków z wnętrza ogniwa odbywa się za pomocą srebrnych kontaktów.

 

2014 12 44 1

Rys. 1. Moduły DSSC w rĻżnych wariantach kolorystycznych (źródło: http://www.emd-performance-materials.com)

 

Krytycznym problemem stojącym na drodze do komercjalizacji ogniw fotowoltaicznych III-generacji jest brak odpowiedniego enkapsulantu, jak również metody jego aplikacji. Do szybkiego prototypowania ogniw laboratoryjnych wykorzystuje się folie polimerowe typu jonomer, które nie znajdują zastosowania do uszczelniania ogniw o większych powierzchniach i pracujących w warunkach narażania na czynniki atmosferyczne. Materiałami uszczelniającymi, które potencjalnie mogą zapewnić długookresową, stabilną pracę ogniw DSSC są fryty szklane. Fryty należy dobrać pod względem składu tlenkowego oraz wielkości ziaren, które determinują ich właściwości termicznie, chemiczne, optyczne i mechaniczne.

 

(...)

 

Na bazie proszku fryty i organicznego lepiszcza wytwarza się pasty o odpowiedniej reologii, które są nanoszone na podłoże szklane metodą sitodruku w postaci warstw o wysokości nie przekraczającej 60 μm. Jakość zadruku ma kluczowe znaczenie i decyduje o prawidłowym, hermetycznym zamknięciu całej struktury ogniwa. Sitodruk umożliwia projektowanie ogniw o różnorodnych wzorach, ograniczonych jedynie wyobraźnią architektów. Dodatkową zaletą materiałów typu fryty jest możliwość osiągania różnego stopnia przezierności, a poprzez zastosowanie odpowiednich tlenków metali także różnych kolorów (rys. 1 i 2).

 

 

 

 

2014 12 44 2

Rys. 2. Ogniwo DSSC (źródło: zasoby własne ML System)

 

 

 

W przypadku zastosowania fryty szklanej jako enkapsulantu kluczowym etapem zespalania elektrod jest właściwe przeprowadzenie procesów obróbki termicznej – spiekania i fusingu. Proces spiekania ma na celu usunięcie części organicznej z pasty i powinien być prowadzony tak, aby uniknąć mikrospękań, które mogą być potencjalnym źródłem nieszczelności ogniwa.

 

Po procesie spiekania, odpowiednio dopasowane elektrody poddaje się procesowi fusingu, w którym odbywa się stapianie proszku fryty w jednolity materiał. Fusing realizowany jest w specjalnych piecach wykorzystywanych w przemyśle szklarskim. Wymagane jest, aby ten proces przebiegał w temperaturze nie wyższej niż 650oC, co pozwala uniknąć degradacji pozostałych komponentów ogniwa i nie prowadzi do deformacji szkła TCO. W wyniku fusingu stopione szkło powinno być pozbawione defektów oraz wykazywać pożądany stopień transparentności i wytrzymałości mechanicznej.

 

Firma ML System zajmuje się prototypowaniem ogniw III generacji, które obejmuje m.in. badania nad enkapsulacją tych struktur za pomocą materiałów amorficznych, w tym fryt szklanych. W dziale R&D testowane są fryty pochodzące od światowych producentów przemysłu szklarskiego, często modyfikowane na potrzeby aplikacji w ogniwach DSSC lub perowskitowych. Ze względu na funkcjonowanie ogniwa i jego długookresową szczelność kluczowe znaczenie ma odpowiednia wysokość warstwy fryty szklanej i jednorodność jej powierzchni, co skutecznie można kontrolować wykorzystując mikroskopię optyczną i konfokalną (rys. 3).

 

 

2014 12 45 0

Rys. 3. Topografia warstwy fryty szklanej na podłożu TCO wykonana w Laboratorium ML System

 

 

Celem prowadzonych badań jest transfer ogniw fotowoltaicznych III generacji ze skali laboratoryjnej do przemysłowej oraz zintegrowanie tego typu modułów ze strukturą budynku w ramach tzw. BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaic).

 

 

Dawid Cycoń, Edyta Stanek, Jolanta Szlachta,
Sławomir Chrobak, Ludmiła Marszałek
ML System

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 12/2014 

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik