Proizvodnja solarne energije, kao vodeće rješenje za čistu energiju, privukla je značajnu pažnju industrije. Ako ste zainteresirani, zaronimo u strukturu solarnih ćelija i srodnih fotonaponskih materijala.
Proizvodnja solarne energije, često nazivana solarnim ćelijama, direktno pretvara sunčevu svjetlost u električnu energiju. U solarnim panelima, fotoni sa sunca otpuštaju elektrone iz atomskih veza poluprovodničkih materijala. Kada su ovi elektroni prisiljeni da se kreću u istom smjeru, oni generiraju električnu struju koja može napajati elektronske uređaje ili se dovoditi u električnu mrežu.
Otkako je francuski fizičar Alexandre-Edmond Becquerel prvi teoretizirao o fotonaponskoj tehnologiji 1839. godine, proizvodnja solarne energije je ključna tema istraživanja. Danas, s velikim istraživačkim timovima iz SAD-a, Japana i Evrope koji ubrzavaju komercijalizaciju svojih solarnih sistema, međunarodno tržište za fotonaponsku industriju nastavlja da se širi.
Fotonaponski moduli
Iako se materijali u fotonaponskim sistemima razlikuju, svi moduli se sastoje od nekoliko slojeva, od prednje do zadnje strane. Sunčeva svjetlost prvo prolazi kroz zaštitni sloj (obično staklo), a zatim kroz prozirni kontaktni sloj u samu ćeliju. U središtu modula nalazi se apsorbirajući materijal, koji hvata fotone i generira električnu struju. Vrsta poluprovodničkog materijala koji se koristi ovisi o specifičnim potrebama fotonaponskog sistema.
Ispod apsorbirajućeg materijala nalazi se stražnji metalni sloj, koji upotpunjuje električni krug. Ispod metalnog sloja nalazi se sloj kompozitne folije, koji vodootporno štiti i izolira modul. Fotonaponski moduli često su opremljeni dodatnim zaštitnim slojem od stakla, aluminijske legure ili plastike.
Poluprovodnički materijali
Poluprovodnički materijali u fotonaponskim sistemima mogu biti silicijum, polikristalni tanki filmovi ili monokristalni tanki filmovi. Silicijumski materijali uključuju monokristalni silicijum, polikristalni silicijum i amorfni silicijum. Monokristalni silicijum, sa svojom pravilnom strukturom, ima veću efikasnost fotonaponske konverzije od polikristalnog silicijuma.
U amorfnom siliciju, atomi silicija su nasumično raspoređeni, što rezultira nižom efikasnošću konverzije u poređenju sa monokristalnim silicijem. Međutim, amorfni silicij može uhvatiti više fotona, a legiranje s elementima poput germanija ili ugljika može poboljšati ovo svojstvo.
Bakar-indijum-diselenid (CIS), kadmijum-telurid (CdTe) i tankoslojni silicijum su često korišteni polikristalni tankoslojni materijali. Visokoefikasni materijali poput galij-arsenida (GaAs) često uključuju monokristalne tanke filmove silicija. Ovi materijali se odabiru za specifične fotonaponske primjene na osnovu jedinstvenih svojstava kao što su kristalnost, veličina zabranjene zone, apsorpcijski kapaciteti i jednostavnost obrade.
Vanjski faktori koji utiču na poluprovodnike
Raspored atoma u kristalnoj strukturi određuje kristalnost poluprovodničkih materijala, što direktno utiče na transport naboja, gustinu struje i efikasnost konverzije energije solarnih ćelija. Zabranjena zona poluprovodničkih materijala odnosi se na minimalnu energiju potrebnu za premještanje elektrona iz vezanog u slobodno stanje (omogućavajući provodljivost). Zabranjena zona, obično označena kao Eg, opisuje energetsku razliku između valentne zone (niska energija) i provodne zone (visoka energija).
Koeficijent apsorpcije kvantificira udaljenost na koju foton određene talasne dužine može prodrijeti kroz medij prije nego što se apsorbira. Određen je materijalom ćelije i talasnom dužinom apsorbovanog fotona.
Troškovi i jednostavnost obrade različitih poluprovodničkih materijala i uređaja zavise od brojnih faktora, uključujući vrstu i obim korištenih materijala, proizvodne cikluse i karakteristike migracije ćelije u komori za taloženje. Svaki faktor igra ključnu ulogu u zadovoljavanju specifičnih potreba za generisanje fotonaponske energije.
