Производството на слънчева енергия, като водещо решение за чиста енергия, привлече значително внимание от индустрията. Ако се интересувате, нека се потопим в структурата на слънчевите клетки и свързаните с тях фотоволтаични материали.
Генерирането на слънчева енергия, често наричано слънчеви клетки, директно преобразува слънчевата светлина в електричество. В слънчевите панели фотоните от слънцето отделят електрони от атомните връзки на полупроводниковите материали. Когато тези електрони са принудени да се движат в една и съща посока, те генерират електрически ток, който може или да захранва електронни устройства, или да се подава към електрическата мрежа.
Откакто френският физик Александър-Едмон Бекерел за първи път теоретизира фотоволтаичната технология през 1839 г., производството на слънчева енергия е ключова тема на изследванията. Днес, с ускоряване на комерсиализацията на своите слънчеви системи от големи изследователски екипи от САЩ, Япония и Европа, международният пазар за фотоволтаичната индустрия продължава да се разширява.
Фотоволтаични модули
Въпреки че материалите във фотоволтаичните системи варират, всички модули се състоят от няколко слоя от предната до задната страна. Слънчевата светлина първо преминава през защитен слой (обикновено стъкло), след това през прозрачен контактен слой в самата клетка. В центъра на модула се намира абсорбиращият материал, който улавя фотони, за да генерира електрически ток. Видът на използвания полупроводников материал зависи от специфичните нужди на фотоволтаичната система.
Под абсорбиращия материал се намира задният метален слой, който завършва електрическата верига. Под металния слой се намира композитен филмов слой, който хидроизолира и изолира модула. Фотоволтаичните модули често са оборудвани с допълнителен защитен заден слой, изработен от стъкло, алуминиева сплав или пластмаса.
Полупроводникови материали
Полупроводниковите материали във фотоволтаичните системи могат да бъдат силиций, поликристални тънки филми или монокристални тънки филми. Силициевите материали включват монокристален силиций, поликристален силиций и аморфен силиций. Монокристалният силиций, с правилната си структура, има по-висока ефективност на фотоволтаично преобразуване от поликристалния силиций.
В аморфния силиций, силициевите атоми са разпределени на случаен принцип, което води до по-ниска ефективност на преобразуване в сравнение с монокристалния силиций. Аморфният силиций обаче може да улавя повече фотони, а сплавянето му с елементи като германий или въглерод може да подобри това свойство.
Медно-индиевият диселенид (CIS), кадмиевият телурид (CdTe) и тънкослойният силиций са често използвани поликристални тънкослойни материали. Високоефективните материали като галиев арсенид (GaAs) често включват тънки монокристални силициеви филми. Тези материали се избират за специфични фотоволтаични приложения въз основа на уникални свойства като кристалност, размер на забранената зона, абсорбционни способности и лекота на обработка.
Външни фактори, влияещи върху полупроводниците
Атомното разположение в кристалната структура определя кристалността на полупроводниковите материали, което пряко влияе върху преноса на заряд, плътността на тока и ефективността на преобразуване на енергията на слънчевите клетки. Ширината на забранената зона на полупроводниковите материали се отнася до минималната енергия, необходима за преместване на електрони от свързано състояние в свободно състояние (което позволява проводимост). Ширината на забранената зона, обикновено обозначена като Eg, описва енергийната разлика между валентната зона (ниска енергия) и проводимата зона (висока енергия).
Коефициентът на поглъщане определя разстоянието, на което фотон с определена дължина на вълната може да проникне през среда, преди да бъде погълнат. Той се определя от материала на клетката и дължината на вълната на погълнатия фотон.
Цената и лекотата на обработка на различни полупроводникови материали и устройства зависят от множество фактори, включително вида и мащаба на използваните материали, производствените цикли и миграционните характеристики на клетката в камерата за отлагане. Всеки фактор играе решаваща роля за посрещане на специфичните нужди за генериране на фотоволтаична енергия.
