Արևային էներգիայի արտադրությունը, որպես առաջատար մաքուր էներգիայի լուծում, զգալի ուշադրություն է գրավել արդյունաբերության կողմից: Եթե հետաքրքրված եք, եկեք խորանանք արևային մարտկոցների կառուցվածքի և դրանց հետ կապված ֆոտովոլտային նյութերի մեջ:
Արևային էներգիայի արտադրությունը, որը հաճախ անվանում են արևային մարտկոցներ, արևի լույսը անմիջապես վերածում է էլեկտրաէներգիայի: Արևային վահանակներում արևի ֆոտոնները էլեկտրոնները անջատում են կիսահաղորդչային նյութերի ատոմային կապերից: Երբ այս էլեկտրոնները ստիպված են շարժվել նույն ուղղությամբ, դրանք առաջացնում են էլեկտրական հոսանք, որը կարող է կամ սնուցել էլեկտրոնային սարքերը, կամ մատակարարվել էլեկտրական ցանցին:
Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ալեքսանդր-Էդմոն Բեքերելի կողմից 1839 թվականին ֆոտովոլտային տեխնոլոգիայի առաջին տեսությունից ի վեր, արևային էներգիայի արտադրությունը եղել է հետազոտության հիմնական թեմա։ Այսօր, երբ ԱՄՆ-ից, Ճապոնիայից և Եվրոպայից խոշոր հետազոտական խմբերը արագացնում են իրենց արևային համակարգերի առևտրայնացումը, ֆոտովոլտային արդյունաբերության միջազգային շուկան շարունակում է ընդլայնվել։
Ֆոտովոլտային մոդուլներ
Չնայած ֆոտովոլտային համակարգերի նյութերը տարբեր են, բոլոր մոդուլները բաղկացած են մի քանի շերտերից՝ առջևի կողմից մինչև հետևի մասը։ Արևի լույսը նախ անցնում է պաշտպանիչ շերտի (սովորաբար ապակու) միջով, ապա թափանցիկ կոնտակտային շերտի միջով մտնում է հենց բջիջ։ Մոդուլի կենտրոնում գտնվում է կլանիչ նյութը, որը որսում է ֆոտոններ՝ էլեկտրական հոսանք առաջացնելու համար։ Օգտագործվող կիսահաղորդչային նյութի տեսակը կախված է ֆոտովոլտային համակարգի կոնկրետ կարիքներից։
Կլանող նյութի տակ գտնվում է հետևի մետաղական շերտը, որը լրացնում է էլեկտրական շղթան: Մետաղական շերտի տակ գտնվում է կոմպոզիտային թաղանթային շերտ, որը ջրամեկուսացնում և մեկուսացնում է մոդուլը: Ֆոտովոլտային մոդուլները հաճախ հագեցած են ապակուց, ալյումինե համաձուլվածքից կամ պլաստիկից պատրաստված լրացուցիչ պաշտպանիչ հետևի շերտով:
Կիսահաղորդչային նյութեր
Ֆոտովոլտային համակարգերում կիսահաղորդչային նյութերը կարող են լինել սիլիցիում, պոլիբյուրեղային բարակ թաղանթներ կամ մոնոբյուրեղային բարակ թաղանթներ: Սիլիցիումային նյութերը ներառում են մոնոբյուրեղային սիլիցիում, պոլիբյուրեղային սիլիցիում և ամորֆ սիլիցիում: Մոնոբյուրեղային սիլիցիումը, իր կանոնավոր կառուցվածքով, ունի ավելի բարձր ֆոտովոլտային փոխակերպման արդյունավետություն, քան պոլիբյուրեղային սիլիցիումը:
Ամորֆ սիլիցիումում սիլիցիումի ատոմները պատահականորեն բաշխված են, ինչը հանգեցնում է ավելի ցածր փոխակերպման արդյունավետության՝ համեմատած մոնոբյուրեղային սիլիցիումի հետ։ Սակայն, ամորֆ սիլիցիումը կարող է ավելի շատ ֆոտոններ որսալ, և այն համաձուլելով այնպիսի տարրերի հետ, ինչպիսիք են գերմանիումը կամ ածխածինը, կարող է բարելավել այս հատկությունը։
Պղնձի և ինդիումի դիսելենիդը (CIS), կադմիումի տելուրիդը (CdTe) և բարակ թաղանթային սիլիցիումը լայնորեն օգտագործվող պոլիկրիստալ բարակ թաղանթային նյութեր են: Բարձր արդյունավետության նյութերը, ինչպիսիք են գալիումի արսենիդը (GaAs), հաճախ ներառում են մոնոբյուրեղային սիլիցիումային բարակ թաղանթներ: Այս նյութերը ընտրվում են հատուկ ֆոտովոլտային կիրառությունների համար՝ հիմնվելով այնպիսի եզակի հատկությունների վրա, ինչպիսիք են բյուրեղությունը, արգելակային գոտիների չափը, կլանման ունակությունները և մշակման հեշտությունը:
Կիսահաղորդիչների վրա ազդող արտաքին գործոններ
Բյուրեղային կառուցվածքում ատոմների դասավորությունը որոշում է կիսահաղորդչային նյութերի բյուրեղությունը, որն անմիջականորեն ազդում է լիցքի փոխադրման, հոսանքի խտության և արևային մարտկոցների էներգիայի փոխակերպման արդյունավետության վրա: Կիսահաղորդչային նյութերի գոտիական բացը վերաբերում է էլեկտրոնները կապված վիճակից ազատ վիճակ տեղափոխելու համար անհրաժեշտ նվազագույն էներգիային (թույլ տալով հաղորդականություն): Գոտիական բացը, որը սովորաբար նշանակվում է Eg-ով, նկարագրում է վալենտային գոտու (ցածր էներգիա) և հաղորդական գոտու (բարձր էներգիա) միջև էներգիայի տարբերությունը:
Կլանման գործակիցը քանակականացնում է այն հեռավորությունը, որով որոշակի ալիքի երկարության ֆոտոնը կարող է թափանցել միջավայր՝ կլանվելուց առաջ։ Այն որոշվում է բջջի նյութով և կլանված ֆոտոնի ալիքի երկարությամբ։
Տարբեր կիսահաղորդչային նյութերի և սարքերի մշակման արժեքը և հեշտությունը կախված են բազմաթիվ գործոններից, այդ թվում՝ օգտագործվող նյութերի տեսակից և մասշտաբից, արտադրական ցիկլերից և նստեցման խցիկում բջիջի միգրացիայի բնութագրերից: Յուրաքանչյուր գործոն կարևոր դեր է խաղում ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության որոշակի կարիքների բավարարման գործում:
