Saules enerģijas ražošana kā vadošais tīras enerģijas risinājums ir piesaistījusi ievērojamu nozares uzmanību. Ja jūs tas interesē, iedziļināsimies saules bateriju struktūrā un saistītajos fotoelektriskajos materiālos.
Saules enerģijas ražošana, ko bieži dēvē par saules baterijām, tieši pārvērš saules gaismu elektrībā. Saules paneļos saules fotoni atdala elektronus no pusvadītāju materiālu atomu saitēm. Kad šie elektroni ir spiesti pārvietoties vienā virzienā, tie ģenerē elektrisko strāvu, kas var darbināt elektroniskas ierīces vai tikt padota elektrotīklā.
Kopš franču fiziķis Aleksandrs Edmons Bekerels 1839. gadā pirmo reizi teorētiski izvirzīja fotoelektrisko tehnoloģiju, saules enerģijas ražošana ir bijusi galvenā pētījumu tēma. Mūsdienās, kad lielas pētnieku komandas no ASV, Japānas un Eiropas paātrina savu saules sistēmu komercializāciju, starptautiskais fotoelektriskās nozares tirgus turpina paplašināties.
Fotoelektriskie moduļi
Lai gan fotoelektrisko sistēmu materiāli atšķiras, visi moduļi sastāv no vairākiem slāņiem no priekšpuses līdz aizmugurei. Saules gaisma vispirms iziet cauri aizsargslānim (parasti stiklam), pēc tam caur caurspīdīgu kontakta slānim nonāk pašā šūnā. Moduļa centrā atrodas absorbējošais materiāls, kas uztver fotonus, lai ģenerētu elektrisko strāvu. Izmantotā pusvadītāju materiāla veids ir atkarīgs no fotoelektriskās sistēmas īpašajām vajadzībām.
Zem absorbējošā materiāla atrodas aizmugurējais metāla slānis, kas pabeidz elektrisko ķēdi. Zem metāla slāņa atrodas kompozītmateriāla plēves slānis, kas nodrošina moduļa hidroizolāciju un izolāciju. Fotoelektriskie moduļi bieži ir aprīkoti ar papildu aizsargājošu aizmugurējo slāni, kas izgatavots no stikla, alumīnija sakausējuma vai plastmasas.
Pusvadītāju materiāli
Fotoelektrisko sistēmu pusvadītāju materiāli var būt silīcijs, polikristāliskas plānās plēves vai monokristāliskas plānās plēves. Silīcija materiāli ietver monokristālisko silīciju, polikristālisko silīciju un amorfo silīciju. Monokristāliskajam silīcijam ar savu regulāro struktūru ir augstāka fotoelektriskās konversijas efektivitāte nekā polikristāliskajam silīcijam.
Amorfā silīcijā silīcija atomi ir sadalīti nejauši, kā rezultātā konversijas efektivitāte ir zemāka nekā monokristāliskajam silīcijam. Tomēr amorfais silīcijs var uztvert vairāk fotonu, un tā sakausēšana ar tādiem elementiem kā germānijs vai ogleklis var uzlabot šo īpašību.
Vara indija diselenīds (CIS), kadmija telurīds (CdTe) un plānplēves silīcijs ir parasti izmantoti polikristāliski plānplēves materiāli. Augstas efektivitātes materiāli, piemēram, gallija arsenīds (GaAs), bieži ietver monokristāliskas silīcija plānas plēves. Šie materiāli tiek izvēlēti īpašiem fotoelektriskiem pielietojumiem, pamatojoties uz unikālām īpašībām, piemēram, kristāliskumu, joslas atstarpes izmēru, absorbcijas spējām un apstrādes vienkāršību.
Pusvadītājus ietekmējošie ārējie faktori
Atomu izvietojums kristāla struktūrā nosaka pusvadītāju materiālu kristāliskumu, kas tieši ietekmē lādiņa transportu, strāvas blīvumu un saules bateriju enerģijas pārveidošanas efektivitāti. Pusvadītāju materiālu joslas atstarpe attiecas uz minimālo enerģiju, kas nepieciešama, lai pārvietotu elektronus no saistītā stāvokļa uz brīvo stāvokli (nodrošinot vadītspēju). Joslas atstarpe, ko parasti apzīmē ar Eg, apraksta enerģijas starpību starp valences joslu (zema enerģija) un vadītspējas joslu (augsta enerģija).
Absorbcijas koeficients kvantificē attālumu, kādā noteikta viļņa garuma fotons var iekļūt vidē pirms absorbcijas. To nosaka šūnas materiāls un absorbētā fotona viļņa garums.
Dažādu pusvadītāju materiālu un ierīču apstrādes izmaksas un vienkāršība ir atkarīga no daudziem faktoriem, tostarp izmantoto materiālu veida un apjoma, ražošanas cikliem un šūnas migrācijas īpašībām nogulsnēšanas kamerā. Katram faktoram ir izšķiroša nozīme konkrētu fotoelektriskās enerģijas ražošanas vajadzību apmierināšanā.
