Aurinkoenergian tuotanto johtavana puhtaan energian ratkaisuna on herättänyt merkittävää huomiota teollisuudessa. Jos olet kiinnostunut, sukeltakaamme aurinkokennojen rakenteeseen ja niihin liittyviin aurinkosähkömateriaaleihin.
Aurinkoenergian tuotanto, jota usein kutsutaan aurinkokennoista, muuntaa auringonvalon suoraan sähköksi. Aurinkopaneeleissa auringon fotonit irrottavat elektroneja puolijohdemateriaalien atomisidoksista. Kun nämä elektronit pakotetaan liikkumaan samaan suuntaan, ne tuottavat sähkövirran, joka voi joko käyttää elektronisia laitteita tai syöttää sähköverkkoon.
Aurinkoenergian tuotanto on ollut keskeinen tutkimuskohde siitä lähtien, kun ranskalainen fyysikko Alexandre-Edmond Becquerel esitti ensimmäisen teorian aurinkosähköteknologiasta vuonna 1839. Nykyään suurten yhdysvaltalaisten, japanilaisten ja eurooppalaisten tutkimusryhmien kiihdyttäessä aurinkojärjestelmiensä kaupallistamista, aurinkosähköteollisuuden kansainväliset markkinat jatkavat kasvuaan.
Aurinkosähkömoduulit
Vaikka aurinkosähköjärjestelmien materiaalit vaihtelevat, kaikki moduulit koostuvat useista kerroksista etupuolelta taakse. Auringonvalo kulkee ensin suojakerroksen (yleensä lasin) läpi ja sitten läpinäkyvän kontaktikerroksen läpi itse kennoon. Moduulin keskellä on absorboiva materiaali, joka vangitsee fotoneja sähkövirran tuottamiseksi. Käytetyn puolijohdemateriaalin tyyppi riippuu aurinkosähköjärjestelmän erityistarpeista.
Absorbointimateriaalin alla on taustametallikerros, joka täydentää sähköpiirin. Metallikerroksen alla on komposiittikalvokerros, joka vedenpitää ja eristää moduulin. Aurinkosähkömoduuleissa on usein ylimääräinen suojaava taustakerros, joka on valmistettu lasista, alumiiniseoksesta tai muovista.
Puolijohdemateriaalit
Aurinkosähköjärjestelmien puolijohdemateriaalit voivat olla piitä, polykiteisiä ohutkalvoja tai monokiteisiä ohutkalvoja. Piimateriaaleja ovat monokiteinen pii, polykiteinen pii ja amorfinen pii. Säännöllisen rakenteensa ansiosta monokiteisellä piillä on korkeampi aurinkosähkön konversiotehokkuus kuin polykiteisellä piillä.
Amorfisessa piissä piiatomit ovat jakautuneet satunnaisesti, mikä johtaa alhaisempaan konversiotehokkuuteen verrattuna yksikiteiseen piihin. Amorfinen pii voi kuitenkin vangita enemmän fotoneja, ja sen seostaminen alkuaineilla, kuten germaniumilla tai hiilellä, voi parantaa tätä ominaisuutta.
Kupari-indiumdiselenidi (CIS), kadmiumtelluridi (CdTe) ja ohutkalvopii ovat yleisesti käytettyjä polykiteisiä ohutkalvomateriaaleja. Korkean hyötysuhteen materiaalit, kuten galliumarsenidi (GaAs), sisältävät usein monokiteisiä piiohutkalvoja. Nämä materiaalit valitaan tiettyihin aurinkosähkösovelluksiin ainutlaatuisten ominaisuuksien, kuten kiteisyyden, energiavälin koon, absorptiokyvyn ja prosessoinnin helppouden, perusteella.
Puolijohteisiin vaikuttavat ulkoiset tekijät
Kiteisrakenteen atomien järjestys määrää puolijohdemateriaalien kiteisyyden, mikä vaikuttaa suoraan aurinkokennojen varauksen kulkeutumiseen, virrantiheyteen ja energianmuunnoshyötysuhteeseen. Puolijohdemateriaalien energiaväli viittaa pienimpään energiaan, joka tarvitaan elektronien siirtämiseen sitoutuneesta tilasta vapaaseen tilaan (johtuvuuden mahdollistamiseksi). Energiaväli, jota tyypillisesti merkitään Eg:nä, kuvaa energiaeroa valenssivyön (matala energia) ja johtavuusvyön (korkea energia) välillä.
Absorptiokerroin kuvaa sitä, kuinka pitkän matkan tietyn aallonpituuden omaava fotoni voi tunkeutua väliaineeseen ennen absorboitumista. Se määräytyy solun materiaalin ja absorboituneen fotonin aallonpituuden mukaan.
Erilaisten puolijohdemateriaalien ja -laitteiden käsittelyn kustannukset ja helppous riippuvat useista tekijöistä, kuten käytettyjen materiaalien tyypistä ja mittakaavasta, tuotantosykleistä ja kennon migraatio-ominaisuuksista laskeumakammiossa. Jokaisella tekijällä on ratkaiseva rooli tiettyjen aurinkosähkön tuotantotarpeiden täyttämisessä.
