ფოტოელექტრული (PV) უჯრედები, როგორც წესი, დამზადებულია ნახევარგამტარული მასალებისგან, როგორიცაა სილიციუმი და აქვთ როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი ელექტროდები. მზის სხივების ზემოქმედებისას ხდება ფოტოელექტრული ეფექტი, რომელიც მყისიერად გარდაქმნის სინათლის ენერგიას ელექტრო ენერგიად მუდმივი დენის (DC) სახით. ეს ელექტროენერგია შეიძლება შეინახოს ბატარეებში ან გარდაიქმნას ცვლად დენად (AC) ინვერტორის მეშვეობით, რათა დააკმაყოფილოს მრავალფეროვანი ენერგეტიკული საჭიროებები. ფოტოელექტრული უჯრედები ხშირად დაკავშირებულია მიმდევრობით ან პარალელურად მოდულების შესაქმნელად, რომლებიც შემდეგ აწყობილია მასივებად უფრო დიდი ენერგიის გამოსამუშავებლად.
1. ალუმინის უკანა ზედაპირის ველის (BSF) უჯრედები
სტრუქტურა და პრინციპი
BSF უჯრედები მზის უჯრედების გავრცელებული ტიპია, რომლებიც უკანა ელექტროდად იყენებენ ალუმინის საფარს. ეს ქმნის უკანა ელექტრულ ველს, რომელიც ხელს უწყობს ელექტრონების უკანა ელექტროდზე გადატანას, რაც ზრდის ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობას. წარმოების პროცესი მოიცავს სილიციუმის ზედაპირის ფოსფორით დოპირებას N-ტიპის რეგიონის შესაქმნელად, წინა მხარეს P-ტიპის რეგიონის შესაქმნელად აპკის ან საფარის წასმას და pn შეერთების ფორმირებას. და ბოლოს, დენის შესაგროვებლად ემატება ლითონის ბადეები.
განვითარების ისტორია
პირველად 1973 წელს შემოთავაზებული BSF უჯრედები წარმოადგენდა ყველაზე ადრეულ კომერციალიზებულ კრისტალური სილიციუმის უჯრედულ სტრუქტურას. 2016 წლისთვის ისინი ბაზრის წილის 90%-ზე მეტს შეადგენდნენ.
უპირატესობები
BSF უჯრედები გამოირჩევა სიმარტივით, ეკონომიურობითა და განვითარებული ტექნოლოგიით.
2. PERC უჯრედები
დასახელების წარმოშობა
PERC ნიშნავს პასივირებულ ემიტერს და უკანა უჯრედს.
პროცესი და შესრულება
ტრადიციულ BSF უჯრედებზე დაყრდნობით, PERC ტექნოლოგია ორ ძირითად ეტაპს ამატებს: უკანა ზედაპირის პასივაციას და ლაზერულ გახსნას, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის ეფექტურობას. წარმოების პროცესი მოიცავს ვაფლის გაწმენდას და ტექსტურას, დიფუზიას pn შეერთებების შესაქმნელად, ლაზერულ დოპირებას შერჩევითი ემიტერებისთვის, უკანა პასივაციას, ლაზერულ ბურღვას, ტრაფარეტულ ბეჭდვას, შედუღებას და ტესტირებას.
უპირატესობები
PERC უჯრედებს ახასიათებთ მარტივი სტრუქტურა, მოკლე წარმოების პროცესი და აღჭურვილობის მაღალი სიმწიფე.
3. ჰეტეროშეერთების (HJT) უჯრედები
სტრუქტურა
HJT უჯრედები ჰიბრიდული მზის უჯრედებია, რომლებიც აერთიანებენ კრისტალურ სილიციუმის სუბსტრატებსა და ამორფულ სილიციუმის ფენებს. ისინი ჰეტეროშეერთების ინტერფეისზე შეიცავს შინაგან ამორფულ სილიციუმის ფენებს წინა და უკანა ზედაპირების პასიურობის მიზნით. სიმეტრიული სტრუქტურა მოიცავს N ტიპის კრისტალურ სილიციუმის სუბსტრატს, Pi ამორფულ სილიციუმის ფენას სინათლისკენ მიმართულ მხარეს, iN ამორფულ სილიციუმის ფენას უკანა მხარეს და გამჭვირვალე ელექტროდებსა და სალტეებს ორივე მხარეს. ესენია ორფაციალური უჯრედები.
უპირატესობები
HJT უჯრედები გამოირჩევა მაღალი ეფექტურობით, დაბალი დეგრადაციის, დაბალი ტემპერატურის კოეფიციენტით, მაღალი ორფაზიანობით, გამარტივებული პროცესებით და უფრო თხელი ვაფლებისთვის შესაფერისობით.
4. TOPCon უჯრედები
ტექნიკური პრინციპი
TOPCon (გვირაბის ოქსიდით პასივირებული კონტაქტი) უჯრედები ეფუძნება შერჩევითი მატარებლის პრინციპს. მათ აქვთ ულტრათხელი სილიციუმის ოქსიდის ფენა და უკანა მხარეს დოპირებული სილიციუმის ფენა, რაც ქმნის პასივირებულ კონტაქტურ სტრუქტურას. ეს ამცირებს ზედაპირისა და ლითონის კონტაქტის რეკომბინაციას, რაც ქმნის მნიშვნელოვან პოტენციალს N-PERT უჯრედებში ეფექტურობის გაუმჯობესებისთვის.
პროცესის მახასიათებლები
TOPCon უჯრედები იყენებენ N-ტიპის სილიკონის სუბსტრატებს და საჭიროებენ მინიმალურ ცვლილებებს არსებულ P-ტიპის წარმოების ხაზებში, როგორიცაა ბორის დიფუზიის და თხელი ფენის დეპონირების აღჭურვილობის დამატება. ისინი გამორიცხავენ უკანა ღიობების და გასწორების საჭიროებას, ამარტივებს წარმოებას და აძლიერებს თავსებადობას PERC და N-PERT უჯრედის პროცესებთან.
უპირატესობები
TOPCon უჯრედები ავლენენ დაბალ დეგრადაციას, მაღალ ორფაზიანობას და დაბალ ტემპერატურის კოეფიციენტს, რაც მზის ელექტროსადგურებში შესანიშნავ მუშაობას უზრუნველყოფს.
5. IBC უჯრედები
სტრუქტურა და პრინციპი
ერთმანეთზე გადაჯაჭვული უკუკონტაქტის (IBC) უჯრედები წინა მხარის ელექტროდის ბადის ყველა ხაზს უკანა მხარეს გადააქვს, pn შეერთებებსა და ლითონის კონტაქტებს ერთმანეთზე გადაჯაჭვული ნიმუშით ათავსებს. ეს ამცირებს დაჩრდილვას და ზრდის სინათლის შთანთქმას. წინა მხარის ლითონის კონტაქტების არარსებობის გამო, IBC უჯრედები ფოტონის გარდაქმნისთვის უფრო დიდ აქტიურ არეალს უზრუნველყოფენ.
ტექნოლოგიების ინტეგრაცია
IBC უჯრედებს შეუძლიათ სხვა ტექნოლოგიებთან ინტეგრირება, როგორიცაა PERC, TOPCon, HJT და პეროვსკიტი, რაც ქმნის მოწინავე ჰიბრიდულ უჯრედებს, როგორიცაა „TBC“ (TOPCon-IBC) და „HBC“ (HJT-IBC).
გამოყენების პოტენციალი
მათი ესთეტიურად სასიამოვნო დიზაინით, IBC უჯრედები კარგად არის შესაფერისი შენობებში ინტეგრირებული ფოტოელექტრული სისტემებისთვის (BIPV) და აქვთ ძლიერი კომერციული პერსპექტივები.
დასკვნა
ფოტოელექტრული უჯრედის თითოეული ტიპი უნიკალურ უპირატესობებს გვთავაზობს და გადამწყვეტ როლს ასრულებს მზის ენერგიის ტექნოლოგიების განვითარებაში. უწყვეტი ინოვაციების გზით, ეს ტექნოლოგიები ფოტოელექტრული ინდუსტრიის ზრდასა და ტრანსფორმაციას უწყობს ხელს.
