Zonne-energieopwekking, als toonaangevende schone energieoplossing, heeft veel aandacht gekregen in de industrie. Als je geïnteresseerd bent, laten we dan eens dieper ingaan op de structuur van zonnecellen en de bijbehorende fotovoltaïsche materialen.
Zonne-energie, vaak aangeduid als zonnecellen, zet zonlicht rechtstreeks om in elektriciteit. In zonnepanelen verdringen fotonen van de zon elektronen uit de atoomverbindingen van halfgeleidermaterialen. Wanneer deze elektronen gedwongen worden om in dezelfde richting te bewegen, genereren ze een elektrische stroom die elektronische apparaten van stroom kan voorzien of aan het elektriciteitsnet kan worden geleverd.
Sinds de Franse natuurkundige Alexandre-Edmond Becquerel in 1839 voor het eerst de theorie van de fotovoltaïsche technologie formuleerde, is zonne-energieopwekking een belangrijk onderzoeksonderwerp geweest. Nu grote onderzoeksteams uit de VS, Japan en Europa de commercialisering van hun zonne-energiesystemen versnellen, blijft de internationale markt voor de fotovoltaïsche industrie groeien.
Fotovoltaïsche modules
Hoewel de materialen in fotovoltaïsche systemen variëren, bestaan alle modules uit meerdere lagen, van de voorzijde tot de achterzijde. Zonlicht passeert eerst een beschermende laag (meestal glas) en vervolgens een transparante contactlaag naar de cel zelf. In het midden van de module bevindt zich het absorptiemateriaal, dat fotonen opvangt om elektrische stroom op te wekken. Het type halfgeleidermateriaal dat wordt gebruikt, hangt af van de specifieke behoeften van het fotovoltaïsche systeem.
Onder het absorberende materiaal bevindt zich de metalen achterlaag, die het elektrische circuit sluit. Onder de metalen laag zit een composietfilmlaag die de module waterdicht maakt en isoleert. Fotovoltaïsche modules zijn vaak voorzien van een extra beschermende achterlaag van glas, aluminiumlegering of kunststof.
Halfgeleidermaterialen
Halfgeleidermaterialen in fotovoltaïsche systemen kunnen silicium, polykristallijne dunne films of monokristallijne dunne films zijn. Siliciummaterialen omvatten monokristallijn silicium, polykristallijn silicium en amorf silicium. Monokristallijn silicium, met zijn regelmatige structuur, heeft een hoger fotovoltaïsch rendement dan polykristallijn silicium.
In amorf silicium zijn de siliciumatomen willekeurig verdeeld, wat resulteert in een lagere conversie-efficiëntie vergeleken met monokristallijn silicium. Amorf silicium kan echter meer fotonen absorberen, en legering met elementen zoals germanium of koolstof kan deze eigenschap verbeteren.
Koperindiumdiselenide (CIS), cadmiumtelluride (CdTe) en dunne siliciumfilms zijn veelgebruikte polykristallijne dunnefilmmaterialen. Hoogrendementsmaterialen zoals galliumarsenide (GaAs) bevatten vaak monokristallijne siliciumfilms. Deze materialen worden voor specifieke fotovoltaïsche toepassingen geselecteerd op basis van unieke eigenschappen zoals kristalliniteit, bandgapgrootte, absorptievermogen en verwerkbaarheid.
Externe factoren die halfgeleiders beïnvloeden
De atomaire rangschikking in een kristalstructuur bepaalt de kristalliniteit van halfgeleidermaterialen, wat direct van invloed is op het ladingstransport, de stroomdichtheid en het energierendement van zonnecellen. De bandkloof van halfgeleidermaterialen verwijst naar de minimale energie die nodig is om elektronen van een gebonden toestand naar een vrije toestand te verplaatsen (waardoor geleiding mogelijk wordt). De bandkloof, meestal aangeduid met Eg, beschrijft het energieverschil tussen de valentieband (lage energie) en de geleidingsband (hoge energie).
De absorptiecoëfficiënt geeft aan hoe ver een foton van een bepaalde golflengte een medium kan doordringen voordat het wordt geabsorbeerd. Deze coëfficiënt wordt bepaald door het materiaal van de cel en de golflengte van het geabsorbeerde foton.
De kosten en het gemak van de verwerking van diverse halfgeleidermaterialen en -apparaten hangen af van tal van factoren, waaronder het type en de schaal van de gebruikte materialen, de productiecycli en de migratie-eigenschappen van de cel in de depositiekamer. Elk van deze factoren speelt een cruciale rol bij het voldoen aan specifieke behoeften op het gebied van fotovoltaïsche energieopwekking.
