ייצור אנרגיה סולארית, כפתרון מוביל לאנרגיה נקייה, משך תשומת לב רבה בתעשייה. אם אתם מעוניינים, בואו נצלול למבנה של תאים סולאריים וחומרים פוטו-וולטאיים קשורים.
ייצור אנרגיה סולארית, המכונה לעתים קרובות תאים סולאריים, ממיר ישירות את אור השמש לחשמל. בפאנלים סולאריים, פוטונים מהשמש מסירים אלקטרונים מהקשרים האטומיים של חומרים מוליכים למחצה. כאשר אלקטרונים אלה נאלצים לנוע באותו כיוון, הם מייצרים זרם חשמלי שיכול להפעיל מכשירים אלקטרוניים או להיות מוזן לרשת החשמל.
מאז שהפיזיקאי הצרפתי אלכסנדר-אדמונד בקרל הגה לראשונה תיאוריה על טכנולוגיה פוטו-וולטאית בשנת 1839, ייצור אנרגיה סולארית היה נושא מחקר מרכזי. כיום, עם צוותי מחקר גדולים מארה"ב, יפן ואירופה המאיצים את מסחור המערכות הסולאריות שלהם, השוק הבינלאומי לתעשיית הפוטו-וולטאית ממשיך להתרחב.
מודולים פוטו-וולטאיים
למרות שהחומרים במערכות פוטו-וולטאיות משתנים, כל המודולים מורכבים מכמה שכבות מהצד הפונה קדימה ועד לאחור. אור השמש עובר תחילה דרך שכבת מגן (בדרך כלל זכוכית), ואז דרך שכבת מגע שקופה לתוך התא עצמו. במרכז המודול נמצא חומר הסופג, אשר לוכד פוטונים ליצירת זרם חשמלי. סוג חומר המוליך למחצה בו נעשה שימוש תלוי בצרכים הספציפיים של המערכת הפוטו-וולטאית.
מתחת לחומר הבולם נמצאת שכבת המתכת האחורית, אשר משלימה את המעגל החשמלי. מתחת לשכבת המתכת נמצאת שכבת סרט מרוכב, אשר אוטמת ומבודדת את המודול. מודולים פוטו-וולטאיים מצוידים לעתים קרובות בשכבת גב מגן נוספת העשויה מזכוכית, סגסוגת אלומיניום או פלסטיק.
חומרי מוליכים למחצה
חומרי מוליכים למחצה במערכות פוטו-וולטאיות יכולים להיות סיליקון, שכבות דקות פולי-קריסטליות, או שכבות דקות חד-קריסטליות. חומרי סיליקון כוללים סיליקון חד-קריסטלי, סיליקון פולי-קריסטלי וסיליקון אמורפי. סיליקון חד-קריסטלי, עם המבנה הרגיל שלו, בעל יעילות המרה פוטו-וולטאית גבוהה יותר מאשר סיליקון פולי-קריסטלי.
בסיליקון אמורפי, אטומי הסיליקון מפוזרים באופן אקראי, וכתוצאה מכך יעילות המרה נמוכה יותר בהשוואה לסיליקון חד-גבישי. עם זאת, סיליקון אמורפי יכול ללכוד יותר פוטונים, וסגסוגת שלו עם יסודות כמו גרמניום או פחמן יכולה לשפר תכונה זו.
נחושת אינדיום דיסלניד (CIS), קדמיום טלוריד (CdTe) וסיליקון דק הם חומרים רב-קריסטליים דקים הנמצאים בשימוש נפוץ. חומרים יעילים במיוחד כמו גליום ארסניד (GaAs) משלבים לעתים קרובות שכבות סיליקון דקות חד-קריסטליניות. חומרים אלה נבחרים עבור יישומים פוטו-וולטאיים ספציפיים על סמך תכונות ייחודיות כגון גבישיות, גודל פער הלהקה, יכולות ספיגה וקלות עיבוד.
גורמים חיצוניים המשפיעים על מוליכים למחצה
הסידור האטומי במבנה גבישי קובע את הגבישיות של חומרים מוליכים למחצה, דבר המשפיע ישירות על הובלת המטען, צפיפות הזרם ויעילות המרת האנרגיה של תאים סולאריים. פער האנרגיה של חומרי מוליכים למחצה מתייחס לאנרגיה המינימלית הנדרשת להעברת אלקטרונים ממצב קשור למצב חופשי (המאפשר הולכה). פער האנרגיה, המכונה בדרך כלל Eg, מתאר את הפרש האנרגיה בין פס הערכיות (אנרגיה נמוכה) לפס ההולכה (אנרגיה גבוהה).
מקדם הקליטה מכמת את המרחק שפוטון באורך גל מסוים יכול לחדור דרך תווך לפני שהוא נבלע. הוא נקבע על ידי חומר התא ואורך הגל של הפוטון הנבלע.
העלות וקלות העיבוד של חומרים והתקנים שונים של מוליכים למחצה תלויות בגורמים רבים, כולל סוג וקנה המידה של החומרים המשמשים, מחזורי הייצור ומאפייני הנדידה של התא בתא השיקוע. כל גורם ממלא תפקיד מכריע במילוי צרכים ספציפיים של ייצור פוטו-וולטאי.
