Saulės energijos gamyba, kaip pirmaujantis švarios energijos sprendimas, sulaukė didelio pramonės dėmesio. Jei jus domina, pasinerkime į saulės elementų struktūrą ir susijusias fotovoltines medžiagas.
Saulės energijos gamybos įrenginiai, dažnai vadinami saulės elementais, tiesiogiai paverčia saulės šviesą elektra. Saulės baterijose saulės fotonai išstumia elektronus iš puslaidininkinių medžiagų atominių jungčių. Kai šie elektronai yra priversti judėti ta pačia kryptimi, jie sukuria elektros srovę, kuri gali maitinti elektroninius prietaisus arba būti tiekiama į elektros tinklą.
Nuo tada, kai prancūzų fizikas Alexandre'as-Edmond'as Becquerel'is 1839 m. pirmą kartą teorizavo fotovoltinę technologiją, saulės energijos gamyba buvo pagrindinė tyrimų tema. Šiandien, kai didelės tyrimų komandos iš JAV, Japonijos ir Europos spartina savo saulės sistemų komercializavimą, tarptautinė fotovoltinės pramonės rinka toliau plečiasi.
Fotovoltiniai moduliai
Nors fotovoltinių sistemų medžiagos skiriasi, visi moduliai susideda iš kelių sluoksnių nuo priekinės iki galinės pusės. Saulės šviesa pirmiausia praeina pro apsauginį sluoksnį (dažniausiai stiklą), o tada pro skaidrų kontaktinį sluoksnį į pačią elementą. Modulio centre yra absorbuojanti medžiaga, kuri sugauna fotonus ir generuoja elektros srovę. Naudojamos puslaidininkinės medžiagos tipas priklauso nuo konkrečių fotovoltinės sistemos poreikių.
Po absorberine medžiaga yra galinis metalinis sluoksnis, kuris užbaigia elektros grandinę. Po metaliniu sluoksniu yra kompozicinės plėvelės sluoksnis, kuris apsaugo modulį nuo vandens ir izoliuoja jį. Fotovoltiniai moduliai dažnai turi papildomą apsauginį pagrindą, pagamintą iš stiklo, aliuminio lydinio arba plastiko.
Puslaidininkinės medžiagos
Fotovoltinių sistemų puslaidininkinės medžiagos gali būti silicis, polikristalinės plonos plėvelės arba monokristalinės plonos plėvelės. Silicio medžiagos apima monokristalinį silicį, polikristalinį silicį ir amorfinį silicį. Monokristalinis silicis, turėdamas taisyklingą struktūrą, pasižymi didesniu fotovoltinės konversijos efektyvumu nei polikristalinis silicis.
Amorfiniame silicyje silicio atomai yra atsitiktinai pasiskirstę, todėl konversijos efektyvumas yra mažesnis, palyginti su monokristaliniu siliciu. Tačiau amorfinis silicis gali sugauti daugiau fotonų, o jį lydant tokiais elementais kaip germanis ar anglis, ši savybė gali būti sustiprinta.
Vario indžio diselenidas (CIS), kadmio telūridas (CdTe) ir plonasluoksnis silicis yra dažniausiai naudojamos polikristalinės plonasluoksnės medžiagos. Didelio efektyvumo medžiagos, tokios kaip galio arsenidas (GaAs), dažnai apima monokristalinio silicio plonas plėveles. Šios medžiagos parenkamos specifinėms fotovoltinėms reikmėms, remiantis unikaliomis savybėmis, tokiomis kaip kristališkumas, draudžiamosios juostos dydis, sugerties galimybės ir apdorojimo paprastumas.
Išoriniai veiksniai, darantys įtaką puslaidininkiams
Atomų išsidėstymas kristalinėje struktūroje lemia puslaidininkinių medžiagų kristališkumą, kuris tiesiogiai veikia saulės elementų krūvio pernašą, srovės tankį ir energijos konversijos efektyvumą. Puslaidininkinių medžiagų draudžiamoji juosta reiškia minimalią energiją, reikalingą elektronams perkelti iš susietosios būsenos į laisvąją būseną (leidžiančią laidumui). Draustoji juosta, paprastai žymima Eg, apibūdina energijos skirtumą tarp valentinės juostos (maža energija) ir laidumo juostos (didelė energija).
Absorbcijos koeficientas išreiškia atstumą, kurį tam tikro bangos ilgio fotonas gali prasiskverbti pro terpę prieš jį sugeriant. Jį lemia ląstelės medžiaga ir sugerto fotono bangos ilgis.
Įvairių puslaidininkinių medžiagų ir įtaisų apdorojimo kaina ir paprastumas priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant naudojamų medžiagų tipą ir apimtį, gamybos ciklus ir ląstelės migracijos charakteristikas nusodinimo kameroje. Kiekvienas veiksnys atlieka lemiamą vaidmenį patenkinant konkrečius fotovoltinės energijos gamybos poreikius.
