O fotodiodă optimizată pentru o putere de încărcare eficientă este o celulă solare. Funcționează în modul fotovoltaic, deoarece este influențat în direcția înainte de tensiunea generată de rezistența la sarcină.
Celulele solare monocristaline sunt fabricate într-un proces similar producției de dispozitive semiconductoare. Aceasta implică creșterea unui lingou cu un singur cristal de siliciu topit de mare puritate (tip P), deși nu este la fel de pur ca și pentru dispozitivele cu semiconductori. Lingoul este tăiat de un fierăstrău cu diamant pe plăci. Deoarece celulele solare moderne sunt aproape pătrate, excesul de siliciu este îndepărtat în timpul procesului de realizare a pătratului lingoului. Celulele solare pot fi gravate pentru a da o suprafață textura (rugozitate) pentru a îmbunătăți absorbția luminii. O cantitate semnificativă de siliciu se pierde în producția de plăci pătrate cu dimensiunea de 10 sau 15 cm. În prezent, producătorii de celule solare cumpără plăci în acest moment de la producătorii de semiconductori.
Plăcile de tip P sunt scufundate "în spate" în băi cu dioxid de siliciu topit, expunând doar partea exterioară la dopaj cu impurități de tip N într-un cuptor de difuzie. Procesul de difuzie formează un strat subțire de tip N pe suprafața superioară a celulei solare. Difuzia închide, de asemenea, fețele suprafețelor superioare și inferioare ale celulei solare. Pentru a elimina închiderea celulei solare, fețele trebuie îndepărtate prin gravare cu plasmă. Pe partea din spate a celulei solare este aplicată pastă de argint și / sau aluminiu, iar grila de argint este pe partea din față. Acestea sunt apoi sinterizate în cuptor pentru un bun contact electric (figura de mai jos).
Celulele sunt conectate în serie cu benzi metalice. Pentru încărcătoarele solare de 12 volți, 36 de celule (fiecare de fiecare câte 0,5 V) sunt laminate în vid între sticlă și metal, cu un strat de polimer. Sticla poate avea o suprafață texturată care ajută la absorbția luminii.
Celulele solare industriale monocristaline cu eficiență maximă (21,5%) au toate contactele de pe peretele din spate al celulei. Suprafața activă a celulei este mărită prin mutarea conductorilor de contact ai contactului superior (-) în partea din spate a celulei. Contactele superioare (-) sunt de obicei realizate pe siliciu de tip N pe partea superioară a celulei. În figura de mai jos (-), contactele sunt realizate pe difuzie N + în partea de jos, alternând cu (+) contacte. Suprafața superioară este texturată pentru a facilita absorbția luminii în interiorul celulei.
Elementele siliconice multicristale încep sub formă de siliciu topit, turnate într-o formă dreptunghiulară. Pe măsură ce cureaua se răcește, ea cristalizează în mai multe cristale de dimensiuni mari (de la mm la cm), în loc de un singur cristal. Restul procesului este același ca și în cazul celulelor solare cu un singur cristal. Pe celulele terminate, liniile sunt vizibile, ca în cazul în care celulele sunt rupte. Eficacitatea lor nu este la fel de mare ca cea a elementelor cu cristale unice, datorită pierderilor la limitele cristalului. Datorită orientării aleatoare a cristalelor, suprafața celulei solare nu poate fi zdrobită prin gravare. Cu toate acestea, învelișul antireflecție crește eficiența acestora. Aceste celule solare sunt competitive pretutindeni, cu excepția aplicațiilor spațiale.
Celule solare cu trei straturi: cea mai eficientă celulă solară este o stivă de trei elemente reglate pentru a absorbi diferite părți ale spectrului solar. Deși cele trei elemente pot fi stivuite unul pe celălalt, însă o structură monolitică monocristică de 20 de straturi semiconductoare este mai compactă. Cu o eficiență de 32%, siliciul este acum preferat pentru utilizare în spațiul cosmic. Costul ridicat nu permite găsirea multor aplicații pe Pământ, cu excepția concentratorilor bazați pe lentile sau oglinzi.
Cercetările intensive au lansat recent o versiune îmbunătățită pentru concentratorii de sol, pentru 400-1000 de soare și o eficiență de 40,7%. Ea necesită o lentilă Fresnel mare sau ieftină sau un reflector și o suprafață mică de semiconductor scump. Această combinație este considerată competitivă cu ajutorul unor celule solare de siliciu ieftine pentru centralele solare.
Depunerea chimică a vaporilor organometalici (MOCVD, depunere chimică a vaporilor chimici organici) depozitează straturile de suprafață ale germaniului de tip P. Straturile superioare ale tipurilor de fosfură de galiu-indiu (GIInP) N și P, având o bandă interzisă de 1,85 eV, absorb lumina ultravioletă și vizibilă. Aceste lungimi de undă au suficientă energie pentru tranziția interzisă a benzii. Undele mai lungi (energie mai mică) nu au suficientă energie pentru a crea perechi de electroni și a trece la următorul strat. Straturile de arseniu de galiu, având un decalaj de bandă de 1,42 eV, absorb aproape luminii în infraroșu. În cele din urmă, stratul de germaniu și substratul absorază lumină infraroșie. O secvență de trei elemente creează o tensiune care este suma tensiunilor celor trei elemente. Tensiunea produsă de fiecare material este de 0,4 V mai mică decât energia de bandgap prezentată în tabelul de mai jos. De exemplu, pentru GaInP: 1,8 eV / e - 0,4 V = 1,4 V. Pentru toate cele trei elemente, tensiunea este de 1,4 V + 1,4 V + 0,3 V = 2,7 V.
Celule solare foarte eficiente, cu trei straturi
Amploarele solare cristaline au o durată lungă de viață. Multe mese sunt garantate timp de 25 de ani și sunt considerate adecvate pentru utilizare timp de 40 de ani. Ei nu suferă de degradare inițială în comparație cu siliciul amorf.
Ambele celule solare monocristaline și multicristaline se bazează pe plachete de siliciu. Siliconul este atât un substrat cât și straturi active. În consecință, se consumă mult siliciu. Acest tip de celule solare există de câteva decenii și ocupă aproximativ 86% din piața energiei solare.
Celulele solare subțiri din siliciu amorf utilizează o cantitate foarte mică de materii prime active, siliciu. Aproximativ jumătate din costul celulelor solare cristaline obișnuite este costul siliciului. Procesul de depunere a unei pelicule subțiri reduce acest cost. Dezavantajul este că eficiența este de aproximativ jumătate din eficiența celulelor solare cristaline convenționale. În plus, eficiența este redusă cu 15-35% atunci când este expusă la lumina soarelui. Eficiența de 7% este în curând redusă la 5%. Elementele subțiri din silicon amorf funcționează mai bine decât elementele de cristal în lumină slabă. Ele sunt bine utilizate în calculatoarele de energie solară.
Celulele solare Nekremniaevye reprezintă aproximativ 7% din piață. Acestea sunt celule solare policristaline subțiri. Subiectul cercetării sunt diferite semiconductoare compozite. Unele elemente non-silicon sunt în producție. Ca regulă, eficiența lor este mai bună decât cea a siliciului amorf, dar nu la fel de bună ca cea a siliciului cristalin.
Cadmiu telurita ca film subțire policristalină pe un metal sau sticlă poate avea o eficiență mai mare decât o peliculă subțire de siliciu amorf. Când este aplicat pe un metal, acest strat este un contact negativ cu un film subțire de telură de cadmiu. Tipul transparent de sulfură de cadmiu de tip P de telură de cadmiu servește ca strat tampon. Un contact pozitiv superior este un oxid transparent transparent, conductiv din punct de vedere electric, dopat cu fluor. Aceste straturi pot fi stivuite, în loc de sticlă, pe folie în timpul producției. Această folie este îndepărtată după ce celula este instalată pe un substrat permanent.
Depunerea telururii de cadmiu pe sticlă începe cu depunerea unui oxid transparent transparent, conductiv din punct de vedere electric, de tip N pe un substrat de sticlă. Următorul strat este telură de cadmiu de tip P; deși pot fi utilizate atât tipul N, cât și semiconductorul intrinsec. Aceste două straturi constituie joncțiunea PN. Stratul P + (plumb tip P) din telură de plumb ajută la stabilirea unui contact cu rezistență scăzută. Contactul metalic asigură contactul final cu telură de plumb. Aceste straturi pot fi depozitate prin depunere în vid, depunere chimică de vapori (CVD), imprimare prin sită, electrodepunere sau depunere chimică din presiunea atmosferică (APCVD) în heliu.
Variația telluriului de cadmiu este telură de cadmiu-mercur. Posesia sa de o rezistență specifică mai scăzută și o rezistență de contact mai scăzută mărește eficiența în comparație cu telură de cadmiu.
Celula solare bazată pe diselenă de cadmiu-indiu galiu (CIGS)
Cadenam-indiu-galiu diselenide. cele mai promițătoare celule solare din film subțire sunt produse pe o rolă de zece inci lățime dintr-un poliimidă flexibil - diselenide, galiu cadmiu indiu (CIGS, cadmiu indiu galiu diselenide). Eficiența este de 10%. Deși elementele de siliciu cristalin din clasa industrială au depășit această valoare în urmă cu decenii, CIGS ar trebui să fie competitivă în valoare. Procedeele de depunere au loc la o temperatură suficient de scăzută pentru a utiliza polimerul polimidic ca substrat în locul metalului sau sticlei (figura de mai sus). CIGS se face sub formă de rulou, ceea ce ar trebui să reducă costurile. Elementele bazate pe CIGS pot fi obținute și ca urmare a unui proces electrochimic extrem de ieftin.
Să însumăm rezultatele
- Majoritatea celulelor solare sunt cristale unice sau multicristale de siliciu, care se datorează eficienței lor bune și costurilor moderate.
- Materialele mai puțin eficiente din materiale subțiri amorfe sau policristaline ocupă restul pieței.
- Tabelul de mai jos compară celulele solare selectate
Proprietățile celulelor solare
Tipul celulelor solare
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: