Күн энергиясын өндіру, жетекші таза энергия шешімі ретінде, саланың назарын аударды. Егер сізді қызықтырса, күн батареяларының құрылымына және онымен байланысты фотоэлектрлік материалдарға тереңірек үңілейік.
Күн энергиясын өндіру, көбінесе күн батареялары деп аталады, күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдырады. Күн батареяларында күннен шыққан фотондар жартылай өткізгіш материалдардың атомдық байланыстарынан электрондарды ығыстырады. Бұл электрондар бір бағытта қозғалуға мәжбүр болған кезде, олар электронды құрылғыларды қуаттандыратын немесе электр желісіне берілетін электр тогын тудырады.
Француз физигі Александр-Эдмон Беккерель 1839 жылы фотоэлектрлік технологияны алғаш рет теориялағаннан бері күн энергиясын өндіру зерттеудің негізгі тақырыбы болып келеді. Бүгінгі таңда АҚШ, Жапония және Еуропаның ірі зерттеу топтары өздерінің күн жүйелерін коммерцияландыруды жеделдетіп жатқандықтан, фотоэлектрлік индустрияның халықаралық нарығы кеңеюде.
Фотоэлектрлік модульдер
Фотоэлектрлік жүйелердегі материалдар әртүрлі болғанымен, барлық модульдер алдыңғы жағынан артқы жағына дейін бірнеше қабаттан тұрады. Күн сәулесі алдымен қорғаныш қабаты (әдетте шыны) арқылы, содан кейін мөлдір жанасу қабаты арқылы ұяшықтың өзіне өтеді. Модульдің ортасында электр тогын жасау үшін фотондарды ұстап алатын абсорбер материалы орналасқан. Қолданылатын жартылай өткізгіш материалдың түрі фотоэлектрлік жүйенің нақты қажеттіліктеріне байланысты.
Абсорбер материалының астында электр тізбегін толықтыратын артқы металл қабаты орналасқан. Металл қабатының астында модульді су өткізбейтін және оқшаулайтын композиттік пленка қабаты орналасқан. Фотоэлектрлік модульдер көбінесе шыныдан, алюминий қорытпасынан немесе пластиктен жасалған қосымша қорғаныс қабатымен жабдықталған.
Жартылай өткізгіш материалдар
Фотоэлектрлік жүйелердегі жартылай өткізгіш материалдар кремний, поликристалды жұқа қабықшалар немесе монокристалды жұқа қабықшалар болуы мүмкін. Кремний материалдарына монокристалды кремний, поликристалды кремний және аморфты кремний жатады. Тұрақты құрылымы бар монокристалды кремний поликристалды кремнийге қарағанда фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігі жоғары.
Аморфты кремнийде кремний атомдары кездейсоқ таралған, бұл монокристалды кремниймен салыстырғанда конверсия тиімділігінің төмендеуіне әкеледі. Дегенмен, аморфты кремний көбірек фотондарды ұстай алады, ал оны германий немесе көміртек сияқты элементтермен қорытпалау бұл қасиетті жақсарта алады.
Мыс индий диселениді (CIS), кадмий теллуриді (CdTe) және жұқа қабықшалы кремний - кеңінен қолданылатын поликристалды жұқа қабықшалы материалдар. Галлий арсениді (GaAs) сияқты жоғары тиімді материалдар көбінесе монокристалды кремний жұқа қабықшаларын қамтиды. Бұл материалдар кристалдылық, тыйым салынған аймақтың өлшемі, сіңіру қабілеті және өңдеудің қарапайымдылығы сияқты бірегей қасиеттерге негізделген нақты фотоэлектрлік қолданбалар үшін таңдалады.
Жартылай өткізгіштерге әсер ететін сыртқы факторлар
Кристалдық құрылымдағы атомдық орналасу жартылай өткізгіш материалдардың кристалдылығын анықтайды, бұл заряд тасымалдауға, ток тығыздығына және күн батареяларының энергияны түрлендіру тиімділігіне тікелей әсер етеді. Жартылай өткізгіш материалдардың тыйым салынған аймақ саңылауы электрондарды байланысқан күйден бос күйге жылжыту үшін қажетті ең аз энергияны білдіреді (өткізгіштікке мүмкіндік береді). Әдетте Eg деп белгіленетін тыйым салынған аймақ саңылауы валенттік аймақ (төмен энергия) мен өткізгіштік аймақ (жоғары энергия) арасындағы энергия айырмашылығын сипаттайды.
Абсорбция коэффициенті белгілі бір толқын ұзындығындағы фотонның жұтылмас бұрын ортаға қаншалықты терең енетінін көрсетеді. Ол жасушаның материалымен және жұтылған фотонның толқын ұзындығымен анықталады.
Әртүрлі жартылай өткізгіш материалдар мен құрылғыларды өңдеудің құны мен қарапайымдылығы көптеген факторларға, соның ішінде пайдаланылатын материалдардың түрі мен масштабына, өндіріс циклдеріне және тұндыру камерасындағы ұяшықтың миграциялық сипаттамаларына байланысты. Әрбір фактор фотоэлектрлік генерацияның нақты қажеттіліктерін қанағаттандыруда шешуші рөл атқарады.
