تولید برق خورشیدی، به عنوان یک راهکار پیشرو در زمینه انرژی پاک، توجه قابل توجهی را از سوی صنعت به خود جلب کرده است. اگر علاقهمند هستید، بیایید به ساختار سلولهای خورشیدی و مواد فتوولتائیک مرتبط با آن بپردازیم.
تولید برق خورشیدی، که اغلب به عنوان سلولهای خورشیدی شناخته میشود، نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل میکند. در پنلهای خورشیدی، فوتونهای خورشید الکترونها را از پیوندهای اتمی مواد نیمههادی جدا میکنند. هنگامی که این الکترونها مجبور به حرکت در یک جهت میشوند، جریان الکتریکی تولید میکنند که میتواند دستگاههای الکترونیکی را تغذیه کند یا به شبکه برق تغذیه شود.
از زمانی که فیزیکدان فرانسوی، الکساندر-ادموند بکرل، برای اولین بار در سال ۱۸۳۹ فناوری فتوولتائیک را تئوریزه کرد، تولید انرژی خورشیدی موضوع کلیدی تحقیقات بوده است. امروزه، با شتاب گرفتن تجاریسازی سیستمهای خورشیدی توسط تیمهای تحقیقاتی بزرگ از ایالات متحده، ژاپن و اروپا، بازار بینالمللی صنعت فتوولتائیک همچنان در حال گسترش است.
ماژولهای فتوولتائیک
اگرچه مواد به کار رفته در سیستمهای فتوولتائیک متفاوت است، اما همه ماژولها از چندین لایه از قسمت جلویی تا پشتی تشکیل شدهاند. نور خورشید ابتدا از یک لایه محافظ (معمولاً شیشه) عبور میکند، سپس از یک لایه تماسی شفاف به خود سلول میرسد. در مرکز ماژول، ماده جاذب قرار دارد که فوتونها را برای تولید جریان الکتریکی جذب میکند. نوع ماده نیمههادی مورد استفاده به نیازهای خاص سیستم فتوولتائیک بستگی دارد.
در زیر ماده جاذب، لایه فلزی پشتی قرار دارد که مدار الکتریکی را کامل میکند. در زیر لایه فلزی، یک لایه فیلم کامپوزیتی وجود دارد که ماژول را ضد آب و عایق میکند. ماژولهای فتوولتائیک اغلب به یک لایه پشتی محافظ اضافی ساخته شده از شیشه، آلیاژ آلومینیوم یا پلاستیک مجهز هستند.
مواد نیمههادی
مواد نیمه هادی در سیستم های فتوولتائیک می توانند سیلیکون، لایه های نازک پلی کریستالی یا لایه های نازک تک کریستالی باشند. مواد سیلیکونی شامل سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون چند کریستالی و سیلیکون آمورف هستند. سیلیکون تک کریستالی با ساختار منظم خود، راندمان تبدیل فتوولتائیک بالاتری نسبت به سیلیکون چند کریستالی دارد.
در سیلیکون آمورف، اتمهای سیلیکون به صورت تصادفی توزیع شدهاند و در نتیجه راندمان تبدیل کمتری در مقایسه با سیلیکون تکبلوری دارند. با این حال، سیلیکون آمورف میتواند فوتونهای بیشتری را جذب کند و آلیاژ کردن آن با عناصری مانند ژرمانیوم یا کربن میتواند این ویژگی را افزایش دهد.
دیسلنید مس ایندیوم (CIS)، تلورید کادمیوم (CdTe) و سیلیکون لایه نازک، مواد لایه نازک پلیکریستالی هستند که معمولاً مورد استفاده قرار میگیرند. مواد با راندمان بالا مانند گالیوم آرسنید (GaAs) اغلب لایههای نازک سیلیکون تککریستالی را در خود جای میدهند. این مواد بر اساس خواص منحصر به فرد مانند بلورینگی، اندازه شکاف باند، قابلیتهای جذب و سهولت پردازش، برای کاربردهای خاص فتوولتائیک انتخاب میشوند.
عوامل خارجی مؤثر بر نیمهرساناها
آرایش اتمی در یک ساختار بلوری، بلورینگی مواد نیمهرسانا را تعیین میکند که مستقیماً بر انتقال بار، چگالی جریان و راندمان تبدیل انرژی سلولهای خورشیدی تأثیر میگذارد. شکاف باند مواد نیمهرسانا به حداقل انرژی مورد نیاز برای انتقال الکترونها از حالت مقید به حالت آزاد (که امکان رسانایی را فراهم میکند) اشاره دارد. شکاف باند، که معمولاً با Eg نشان داده میشود، اختلاف انرژی بین باند ظرفیت (انرژی کم) و باند رسانایی (انرژی بالا) را توصیف میکند.
ضریب جذب، فاصلهای را که یک فوتون با طول موج خاص میتواند قبل از جذب شدن در یک محیط نفوذ کند، کمّی میکند. این ضریب توسط جنس سلول و طول موج فوتون جذب شده تعیین میشود.
هزینه و سهولت پردازش مواد و دستگاههای نیمههادی مختلف به عوامل متعددی از جمله نوع و مقیاس مواد مورد استفاده، چرخههای تولید و ویژگیهای مهاجرت سلول در محفظه رسوبگذاری بستگی دارد. هر عامل نقش مهمی در برآورده کردن نیازهای خاص تولید فتوولتائیک ایفا میکند.
