Výroba solární energie, jakožto přední řešení čisté energie, si získala značnou pozornost v tomto odvětví. Pokud máte zájem, pojďme se ponořit do struktury solárních článků a souvisejících fotovoltaických materiálů.
Výroba solární energie, často označovaná jako solární články, přímo přeměňuje sluneční světlo na elektřinu. V solárních panelech fotony ze slunce uvolňují elektrony z atomových vazeb polovodičových materiálů. Když jsou tyto elektrony nuceny pohybovat se stejným směrem, generují elektrický proud, který může buď napájet elektronická zařízení, nebo být dodáván do elektrické sítě.
Od doby, kdy francouzský fyzik Alexandre-Edmond Becquerel v roce 1839 poprvé teoretizoval fotovoltaickou technologii, je výroba solární energie klíčovým tématem výzkumu. Dnes, kdy významné výzkumné týmy z USA, Japonska a Evropy urychlují komercializaci svých solárních systémů, mezinárodní trh s fotovoltaickým průmyslem neustále expanduje.
Fotovoltaické moduly
Ačkoli se materiály ve fotovoltaických systémech liší, všechny moduly se skládají z několika vrstev od přední strany k zadní. Sluneční světlo nejprve prochází ochrannou vrstvou (obvykle sklem) a poté průhlednou kontaktní vrstvou do samotného článku. Uprostřed modulu se nachází absorpční materiál, který zachycuje fotony a generuje elektrický proud. Typ použitého polovodičového materiálu závisí na specifických potřebách fotovoltaického systému.
Pod absorpčním materiálem se nachází zadní kovová vrstva, která uzavírá elektrický obvod. Pod kovovou vrstvou je vrstva kompozitní fólie, která modul hydroizoluje a izoluje. Fotovoltaické moduly jsou často vybaveny další ochrannou zadní vrstvou vyrobenou ze skla, hliníkové slitiny nebo plastu.
Polovodičové materiály
Polovodičové materiály ve fotovoltaických systémech mohou být křemík, polykrystalické tenké filmy nebo monokrystalické tenké filmy. Mezi křemíkové materiály patří monokrystalický křemík, polykrystalický křemík a amorfní křemík. Monokrystalický křemík se svou pravidelnou strukturou má vyšší účinnost fotovoltaické přeměny než polykrystalický křemík.
V amorfním křemíku jsou atomy křemíku rozloženy náhodně, což má za následek nižší účinnost konverze ve srovnání s monokrystalickým křemíkem. Amorfní křemík však dokáže zachytit více fotonů a jeho slitina s prvky, jako je germanium nebo uhlík, může tuto vlastnost zlepšit.
Měď-india diselenid (CIS), kadmium telurid (CdTe) a tenkovrstvý křemík jsou běžně používané polykrystalické tenkovrstvé materiály. Vysoce účinné materiály, jako je arsenid galia (GaAs), často obsahují tenké monokrystalické křemíkové filmy. Tyto materiály jsou vybírány pro specifické fotovoltaické aplikace na základě jedinečných vlastností, jako je krystalinita, velikost zakázaného pásu, absorpční schopnosti a snadnost zpracování.
Vnější faktory ovlivňující polovodiče
Uspořádání atomů v krystalové struktuře určuje krystalinitu polovodičových materiálů, která přímo ovlivňuje transport náboje, hustotu proudu a účinnost přeměny energie solárních článků. Pásmová mezera polovodičových materiálů označuje minimální energii potřebnou k přesunu elektronů z vázaného stavu do volného stavu (což umožňuje vedení). Pásmová mezera, obvykle označovaná jako Eg, popisuje energetický rozdíl mezi valenčním pásem (nízká energie) a vodivostním pásem (vysoká energie).
Absorpční koeficient kvantifikuje vzdálenost, o kterou může foton určité vlnové délky proniknout médiem, než je absorbován. Je určen materiálem článku a vlnovou délkou absorbovaného fotonu.
Náklady a snadnost zpracování různých polovodičových materiálů a součástek závisí na řadě faktorů, včetně typu a rozsahu použitých materiálů, výrobních cyklů a migračních charakteristik článku v depoziční komoře. Každý faktor hraje klíčovou roli při splňování specifických potřeb výroby fotovoltaiky.
