תאים סולאריים, הידועים גם כתאים פוטו-וולטאיים, ממירים ישירות אור שמש לאנרגיה חשמלית. מדידת יעילותם של תאים סולאריים כרוכה בדרך כלל בהערכת עוצמת אור השמש הפוגע באמצעות רדיומטר וקביעת תפוקת ההספק החשמלי בנקודת ההספק המקסימלית. עם זאת, תהליך זה מתמודד עם אתגרים עקב תלות ביצועי התא בספקטרום הסולארי, המשתנה בהתאם לשינויים עונתיים, מיקום גיאוגרפי ותנאי מזג אוויר. גורמים אלה, בשילוב עם שגיאות כיול ברדיומטרים, עלולים להוביל למדידות לא עקביות ולא מדויקות.
כדי לצמצם בעיות כאלה, רוב היצרנים משתמשים בסימולטורים סולאריים כדי לבדוק את יעילות תאי השמש בסביבות מבוקרות. סימולטורים אלה מכוילים באמצעות תאים סטנדרטיים שמתואמים לפיזור הספקטרלי של אור השמש בתנאים סטנדרטיים.
מלכודות נפוצות בבדיקת תאי שמש דקים מסיליקון אמורפי
חלק מהמעבדות וסוכנויות הבדיקה משתמשות בתאי סיליקון גבישיים כסטנדרטים להערכת תאי סיליקון דקים אמורפיים. נוהג זה גורם לעיתים קרובות לשגיאות מדידה משמעותיות, מה שמוביל לספקות לגבי ביצועי תאי הסיליקון האמורפיים.
תקנים בינלאומיים לבדיקת תאים סולאריים
כדי להבטיח השוואות עקביות ואמינות, תקני בדיקה בינלאומיים מגדירים תנאים ספציפיים להערכת תאים סולאריים:
ספקטרום: AM1.5
קרינה: 1000 וואט/מ"ר
טמפרטורה: 25°C
AM1.5 מתייחס לספקטרום השמש כאשר אור השמש עובר דרך האטמוספירה בזווית המתאימה לזווית זנית של 48.2°.
לצורך מדידה מדויקת, יש לעמוד בשני תנאים מרכזיים:
התגובה הספקטרלית של תא הייחוס ותא הבדיקה חייבת להיות תואמת בטווח מוגדר, דבר המושג בדרך כלל באמצעות שימוש בתאי ייחוס ותאי בדיקה העשויים מאותו חומר מוליך למחצה ותהליכי ייצור דומים.
מקור האור בסימולטור חייב להתאים במדויק להרכב הספקטרלי של תקן AM1.5.
שיקולים מיוחדים עבור תאי סיליקון אמורפיים
תאי סיליקון אמורפיים נבדלים באופן משמעותי מתאי סיליקון גבישיים מבחינת החומר והתגובה הספקטרלית. להלן שיקולים מרכזיים לבדיקה מדויקת:
כיול קרינה:
השתמשו בתא ייחוס סיליקון אמורפי שתוכנן במיוחד לכיול קרינה. שימוש בתאי סיליקון גבישי למטרה זו עלול להוביל לתוצאות חסרות משמעות עקב אי התאמה ספקטרלית. גם אם מקור אור אידיאלי היה זמין, הבטחת תוצאות מדויקות בסביבות מעבדה או ייצור טיפוסיות נותרה מאתגרת.
בחירת מקור אור:
סימולטור הסולארי צריך להשתמש במקור אור עם טווח ספקטרלי בין 300 ננומטר ל-800 ננומטר שתואם במדויק לספקטרום AM1.5. סימולטורים נפוצים של מנורות קסנון לרוב כוללים ספקטרום עשיר באינפרא אדום (800 ננומטר עד 1100 ננומטר) שסוטה מהתקן, וגורם לחוסר התאמות משמעותיות.
תגובה ספקטרלית:
התגובה הספקטרלית של תא סולארי מתייחסת למספר נושאי המטען הנוצרים לכל פוטון באורך גל נתון. לתאי סיליקון אמורפי יש טווח תגובה ספקטרלי של 400 ננומטר עד 800 ננומטר, בהשוואה ל-400 ננומטר עד 1100 ננומטר עבור תאי סיליקון גבישיים. בבדיקת תאי סיליקון אמורפיים באמצעות סימולטורים המכוילים עם תקני סיליקון גבישיים, הספקטרום העשיר באינפרא אדום (800 ננומטר עד 1100 ננומטר) תורם לזרם של תאים גבישיים אך לא לתאים אמורפיים. התוצאה היא הערכה נמוכה משמעותית של הזרם והביצועים הכוללים של תא הסיליקון האמורפי.
בנוסף, התגובה הספקטרלית של תאי סיליקון אמורפי מושפעת מגורמים כגון אור מוסט ומתח, מה שהופך את ההתחשבות במשתנים אלה בתנאים לא סטנדרטיים לחיוניים.
בדיקה מדויקת של תאי שמש דקים מסיליקון אמורפי דורשת תשומת לב מדוקדקת לכיול קרינה, בחירת מקור אור ויישור תגובה ספקטרלית. הקפדה על הנחיות אלו מבטיחה תוצאות אמינות ומונעת את השגיאות הכרוכות בשיטות כיול לא נכונות.
