მზის ენერგიის გენერაციამ, როგორც სუფთა ენერგიის წამყვანმა გადაწყვეტამ, ინდუსტრიის მნიშვნელოვანი ყურადღება მიიპყრო. თუ დაინტერესებული ხართ, მოდით, ჩავუღრმავდეთ მზის უჯრედების სტრუქტურას და მასთან დაკავშირებულ ფოტოელექტრულ მასალებს.
მზის ენერგიის გენერაცია, რომელსაც ხშირად მზის უჯრედებს უწოდებენ, მზის სინათლეს პირდაპირ ელექტროენერგიად გარდაქმნის. მზის პანელებში მზის ფოტონები ელექტრონებს ნახევარგამტარული მასალების ატომური ბმებიდან აშორებენ. როდესაც ეს ელექტრონები იძულებულნი არიან ერთი მიმართულებით იმოძრაონ, ისინი წარმოქმნიან ელექტრულ დენს, რომელსაც შეუძლია ელექტრონული მოწყობილობების კვება ან ელექტრო ქსელში მიწოდება.
მას შემდეგ, რაც ფრანგმა ფიზიკოსმა ალექსანდრე-ედმონდ ბეკერელმა პირველად 1839 წელს ფოტოელექტრული ტექნოლოგიის თეორია წამოაყენა, მზის ენერგიის გამომუშავება კვლევის ერთ-ერთი მთავარი თემა გახდა. დღეს, როდესაც აშშ-ს, იაპონიისა და ევროპის მსხვილი კვლევითი ჯგუფები აჩქარებენ თავიანთი მზის სისტემების კომერციალიზაციას, ფოტოელექტრული ინდუსტრიის საერთაშორისო ბაზარი კვლავ ფართოვდება.
ფოტოელექტრული მოდულები
მიუხედავად იმისა, რომ ფოტოელექტრული სისტემების მასალები განსხვავებულია, ყველა მოდული შედგება რამდენიმე ფენისგან წინა მხრიდან უკანა მხარეს. მზის სინათლე ჯერ დამცავ ფენაში (ჩვეულებრივ, მინაში) გადის, შემდეგ კი გამჭვირვალე კონტაქტურ ფენაში, რომელიც თავად უჯრედში ხვდება. მოდულის ცენტრში არის შთამნთქმელი მასალა, რომელიც ფოტონებს იჭერს ელექტრული დენის გენერირებისთვის. გამოყენებული ნახევარგამტარული მასალის ტიპი დამოკიდებულია ფოტოელექტრული სისტემის კონკრეტულ საჭიროებებზე.
შთამნთქმელი მასალის ქვეშ უკანა ლითონის ფენაა, რომელიც ასრულებს ელექტრულ წრედს. ლითონის ფენის ქვემოთ არის კომპოზიტური ფირის ფენა, რომელიც წყალგაუმტარობასა და იზოლაციას უკეთებს მოდულს. ფოტოელექტრული მოდულები ხშირად აღჭურვილია მინის, ალუმინის შენადნობის ან პლასტმასისგან დამზადებული დამატებითი დამცავი საფარით.
ნახევარგამტარი მასალები
ფოტოელექტრულ სისტემებში ნახევარგამტარი მასალები შეიძლება იყოს სილიციუმი, პოლიკრისტალური თხელი აპკები ან მონოკრისტალური თხელი აპკები. სილიციუმის მასალებს მიეკუთვნება მონოკრისტალური სილიციუმი, პოლიკრისტალური სილიციუმი და ამორფული სილიციუმი. მონოკრისტალურ სილიციუმს, თავისი რეგულარული სტრუქტურით, უფრო მაღალი ფოტოელექტრული გარდაქმნის ეფექტურობა აქვს, ვიდრე პოლიკრისტალურ სილიციუმს.
ამორფულ სილიციუმში სილიციუმის ატომები შემთხვევით არის განაწილებული, რაც იწვევს უფრო დაბალ გარდაქმნის ეფექტურობას მონოკრისტალურ სილიციუმთან შედარებით. თუმცა, ამორფულ სილიციუმს შეუძლია მეტი ფოტონის დაჭერა და მისი შენადნობა ისეთ ელემენტებთან, როგორიცაა გერმანიუმი ან ნახშირბადი, ამ თვისების გაძლიერებას უწყობს ხელს.
სპილენძის ინდიუმის დისელენიდი (CIS), კადმიუმის ტელურიდი (CdTe) და თხელფენოვანი სილიციუმი ხშირად გამოიყენება პოლიკრისტალური თხელფენოვანი მასალები. მაღალი ეფექტურობის მასალები, როგორიცაა გალიუმის არსენიდი (GaAs), ხშირად შეიცავს მონოკრისტალურ სილიციუმის თხელფენოვან ფენებს. ეს მასალები შეირჩევა სპეციფიკური ფოტოელექტრული აპლიკაციებისთვის ისეთი უნიკალური თვისებების საფუძველზე, როგორიცაა კრისტალურობა, ზონის უფსკრულის ზომა, შთანთქმის უნარი და დამუშავების სიმარტივე.
ნახევარგამტარებზე მოქმედი გარე ფაქტორები
კრისტალურ სტრუქტურაში ატომების განლაგება განსაზღვრავს ნახევარგამტარული მასალების კრისტალურობას, რაც პირდაპირ გავლენას ახდენს მზის უჯრედების მუხტის გადატანაზე, დენის სიმკვრივესა და ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობაზე. ნახევარგამტარული მასალების ზოლური უფსკრული ეხება მინიმალურ ენერგიას, რომელიც საჭიროა ელექტრონების შეკავშირებული მდგომარეობიდან თავისუფალ მდგომარეობაში გადასატანად (გამტარობის გათვალისწინებით). ზოლური უფსკრული, რომელიც ჩვეულებრივ აღინიშნება როგორც Eg, აღწერს ენერგიის სხვაობას ვალენტურ ზოლს (დაბალი ენერგია) და გამტარობის ზოლს (მაღალი ენერგია) შორის.
შთანთქმის კოეფიციენტი განსაზღვრავს მანძილს, რომლითაც კონკრეტული ტალღის სიგრძის ფოტონს შეუძლია გარემოში შეღწევა შთანთქმამდე. ის განისაზღვრება უჯრედის მასალით და შთანთქმული ფოტონის ტალღის სიგრძით.
სხვადასხვა ნახევარგამტარული მასალებისა და მოწყობილობების დამუშავების ღირებულება და სიმარტივე დამოკიდებულია მრავალ ფაქტორზე, მათ შორის გამოყენებული მასალების ტიპსა და მასშტაბზე, წარმოების ციკლებზე და დეპონირების კამერაში უჯრედის მიგრაციის მახასიათებლებზე. თითოეული ფაქტორი გადამწყვეტ როლს ასრულებს ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის კონკრეტული საჭიროებების დაკმაყოფილებაში.
