Generarea de energie solară, ca soluție principală de energie curată, a atras o atenție semnificativă din partea industriei. Dacă sunteți interesați, haideți să analizăm structura celulelor solare și a materialelor fotovoltaice aferente.
Generarea de energie solară, adesea denumită celule solare, transformă direct lumina soarelui în electricitate. În panourile solare, fotonii de la soare dislocă electronii din legăturile atomice ale materialelor semiconductoare. Atunci când acești electroni sunt forțați să se miște în aceeași direcție, ei generează un curent electric care poate alimenta dispozitivele electronice sau poate fi introdus în rețeaua electrică.
De când fizicianul francez Alexandre-Edmond Becquerel a teoretizat pentru prima dată tehnologia fotovoltaică în 1839, generarea energiei solare a fost un subiect cheie de cercetare. Astăzi, odată cu accelerarea comercializării sistemelor lor solare de către echipe importante de cercetare din SUA, Japonia și Europa, piața internațională a industriei fotovoltaice continuă să se extindă.
Module fotovoltaice
Deși materialele din sistemele fotovoltaice variază, toate modulele sunt alcătuite din mai multe straturi, de la partea frontală spre spate. Lumina soarelui trece mai întâi printr-un strat protector (de obicei sticlă), apoi printr-un strat de contact transparent în celula însăși. În centrul modulului se află materialul absorbant, care captează fotonii pentru a genera curent electric. Tipul de material semiconductor utilizat depinde de nevoile specifice ale sistemului fotovoltaic.
Sub materialul absorbant se află stratul metalic posterior, care completează circuitul electric. Sub stratul metalic se află un strat de film compozit, care impermeabilizează și izolează modulul. Modulele fotovoltaice sunt adesea echipate cu un strat protector suplimentar, fabricat din sticlă, aliaj de aluminiu sau plastic.
Materiale semiconductoare
Materialele semiconductoare din sistemele fotovoltaice pot fi siliciu, pelicule subțiri policristaline sau pelicule subțiri monocristaline. Materialele din siliciu includ siliciu monocristalin, siliciu policristalin și siliciu amorf. Siliciul monocristalin, cu structura sa regulată, are o eficiență de conversie fotovoltaică mai mare decât siliciul policristalin.
În siliciul amorf, atomii de siliciu sunt distribuiți aleatoriu, rezultând o eficiență de conversie mai mică în comparație cu siliciul monocristalin. Cu toate acestea, siliciul amorf poate capta mai mulți fotoni, iar alierea acestuia cu elemente precum germaniul sau carbonul poate îmbunătăți această proprietate.
Diseleniura de cupru-indiu (CIS), telurura de cadmiu (CdTe) și siliciul subțire sunt materiale policristaline subțiri utilizate în mod obișnuit. Materialele de înaltă eficiență, cum ar fi arsenura de galiu (GaAs), încorporează adesea pelicule subțiri de siliciu monocristalin. Aceste materiale sunt selectate pentru aplicații fotovoltaice specifice pe baza proprietăților unice, cum ar fi cristalinitatea, dimensiunea benzii interzise, capacitățile de absorbție și ușurința procesării.
Factorii externi care afectează semiconductorii
Aranjamentul atomic într-o structură cristalină determină cristalinitatea materialelor semiconductoare, ceea ce are un impact direct asupra transportului de sarcină, densității de curent și eficienței conversiei energiei celulelor solare. Intervalul de bandă al materialelor semiconductoare se referă la energia minimă necesară pentru a muta electronii dintr-o stare legată într-o stare liberă (permițând conducția). Intervalul de bandă, de obicei notat ca Eg, descrie diferența de energie dintre banda de valență (energie scăzută) și banda de conducție (energie ridicată).
Coeficientul de absorbție cuantifică distanța la care un foton de o anumită lungime de undă poate pătrunde într-un mediu înainte de a fi absorbit. Acesta este determinat de materialul celulei și de lungimea de undă a fotonului absorbit.
Costul și ușurința procesării diferitelor materiale și dispozitive semiconductoare depind de numeroși factori, inclusiv tipul și scara materialelor utilizate, ciclurile de producție și caracteristicile de migrare ale celulei în camera de depunere. Fiecare factor joacă un rol crucial în satisfacerea nevoilor specifice de generare fotovoltaică.
