Proizvodnja solarne energije, kao vodeće rješenje za čistu energiju, privukla je značajnu pozornost industrije. Ako ste zainteresirani, zaronimo u strukturu solarnih ćelija i srodnih fotonaponskih materijala.
Proizvodnja solarne energije, često nazivana solarnim ćelijama, izravno pretvara sunčevu svjetlost u električnu energiju. U solarnim panelima, fotoni sa sunca otimaju elektrone iz atomskih veza poluvodičkih materijala. Kada su ti elektroni prisiljeni kretati se u istom smjeru, oni generiraju električnu struju koja može napajati elektroničke uređaje ili se dovoditi u električnu mrežu.
Otkad je francuski fizičar Alexandre-Edmond Becquerel prvi teoretizirao o fotonaponskoj tehnologiji 1839. godine, proizvodnja solarne energije ključna je tema istraživanja. Danas, s velikim istraživačkim timovima iz SAD-a, Japana i Europe koji ubrzavaju komercijalizaciju svojih solarnih sustava, međunarodno tržište fotonaponske industrije nastavlja se širiti.
Fotonaponski moduli
Iako se materijali u fotonaponskim sustavima razlikuju, svi moduli sastoje se od nekoliko slojeva od prednje do stražnje 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 za generiranje električne struje. Vrsta poluvodičkog materijala koji se koristi ovisi o specifičnim potrebama fotonaponskog sustava.
Ispod apsorbirajućeg materijala nalazi se stražnji metalni sloj koji zatvara električni krug. Ispod metalnog sloja nalazi se sloj kompozitne folije koji vodootporno i izolira modul. Fotonaponski moduli često su opremljeni dodatnim zaštitnim slojem od stakla, aluminijske legure ili plastike.
Poluvodički materijali
Poluvodički materijali u fotonaponskim sustavima mogu biti silicij, polikristalni tanki filmovi ili monokristalni tanki filmovi. Silicijski materijali uključuju monokristalni silicij, polikristalni silicij i amorfni silicij. Monokristalni silicij, sa svojom pravilnom strukturom, ima veću učinkovitost fotonaponske pretvorbe od polikristalnog silicija.
U amorfnom siliciju, atomi silicija su nasumično raspoređeni, što rezultira nižom učinkovitošću pretvorbe u usporedbi s monokristalnim silicijem. Međutim, amorfni silicij može uhvatiti više fotona, a legiranje s elementima poput germanija ili ugljika može poboljšati to svojstvo.
Bakr-indijev diselenid (CIS), kadmijev telurid (CdTe) i tankoslojni silicij često se koriste kao polikristalni tankoslojni materijali. Visokoučinkoviti materijali poput galijevog arsenida (GaAs) često uključuju monokristalne tanke filmove silicija. Ovi materijali se odabiru za specifične fotonaponske primjene na temelju jedinstvenih svojstava kao što su kristalnost, veličina zabranjenog pojasa, apsorpcijske sposobnosti i jednostavnost obrade.
Vanjski čimbenici koji utječu na poluvodiče
Raspored atoma u kristalnoj strukturi određuje kristalnost poluvodičkih materijala, što izravno utječe na prijenos naboja, gustoću struje i učinkovitost pretvorbe energije solarnih ćelija. Energetski jaz poluvodičkih materijala odnosi se na minimalnu energiju potrebnu za premještanje elektrona iz vezanog u slobodno stanje (što omogućuje vodljivost). Energetski jaz, obično označen kao Eg, opisuje energetsku razliku između valentnog pojasa (niska energija) i vodljivog pojasa (visoka energija).
Koeficijent apsorpcije kvantificira udaljenost na koju foton određene valne duljine može prodrijeti kroz medij prije nego što se apsorbira. Određen je materijalom ćelije i valnom duljinom apsorbiranog fotona.
Trošak i jednostavnost obrade različitih poluvodičkih materijala i uređaja ovise o brojnim čimbenicima, uključujući vrstu i opseg korištenih materijala, proizvodne cikluse i migracijske karakteristike ćelije u komori za taloženje. Svaki čimbenik igra ključnu ulogu u zadovoljavanju specifičnih potreba za generiranjem fotonaponske energije.
