Výroba solárnej energie ako popredné riešenie čistej energie si získala značnú pozornosť odvetvia. Ak máte záujem, poďme sa ponoriť do štruktúry solárnych článkov a súvisiacich fotovoltaických materiálov.
Výroba solárnej energie, často označovaná ako solárne články, priamo premieňa slnečné svetlo na elektrinu. V solárnych paneloch fotóny zo slnka uvoľňujú elektróny z atómových väzieb polovodičových materiálov. Keď sú tieto elektróny nútené pohybovať sa rovnakým smerom, generujú elektrický prúd, ktorý môže buď napájať elektronické zariadenia, alebo byť dodávaný do elektrickej siete.
Odkedy francúzsky fyzik Alexandre-Edmond Becquerel v roku 1839 prvýkrát teoretizoval o fotovoltaickej technológii, je výroba solárnej energie kľúčovou témou výskumu. Dnes, keď významné výskumné tímy z USA, Japonska a Európy zrýchľujú komercializáciu svojich solárnych systémov, medzinárodný trh s fotovoltaickým priemyslom neustále expanduje.
Fotovoltaické moduly
Hoci sa materiály vo fotovoltaických systémoch líšia, všetky moduly pozostávajú z niekoľkých vrstiev od prednej strany smerujúcej dozadu. Slnečné svetlo najprv prechádza cez ochrannú vrstvu (zvyčajne sklo) a potom cez priehľadnú kontaktnú vrstvu do samotného článku. V strede modulu sa nachádza absorpčný materiál, ktorý zachytáva fotóny a generuje elektrický prúd. Typ použitého polovodičového materiálu závisí od špecifických potrieb fotovoltaického systému.
Pod absorpčným materiálom sa nachádza zadná kovová vrstva, ktorá uzatvára elektrický obvod. Pod kovovou vrstvou sa nachádza kompozitná fólia, ktorá modul chráni pred vodou a izoluje. Fotovoltaické moduly sú často vybavené dodatočnou ochrannou zadnou vrstvou vyrobenou zo skla, hliníkovej zliatiny alebo plastu.
Polovodičové materiály
Polovodičové materiály vo fotovoltaických systémoch môžu byť kremík, polykryštalické tenké filmy alebo monokryštalické tenké filmy. Kremíkové materiály zahŕňajú monokryštalický kremík, polykryštalický kremík a amorfný kremík. Monokryštalický kremík so svojou pravidelnou štruktúrou má vyššiu účinnosť fotovoltaickej premeny ako polykryštalický kremík.
V amorfnom kremíku sú atómy kremíka rozložené náhodne, čo má za následok nižšiu účinnosť konverzie v porovnaní s monokryštalickým kremíkom. Amorfný kremík však dokáže zachytiť viac fotónov a jeho legovanie s prvkami, ako je germánium alebo uhlík, môže túto vlastnosť zlepšiť.
Diselenid medi a india (CIS), telurid kademnatý (CdTe) a tenkovrstvový kremík sú bežne používané polykryštalické tenkovrstvové materiály. Vysokoúčinné materiály, ako je arzenid gália (GaAs), často obsahujú tenkovrstvové monokryštalické kremíkové vrstvy. Tieto materiály sa vyberajú pre špecifické fotovoltaické aplikácie na základe jedinečných vlastností, ako je kryštalinita, veľkosť pásmovej medzery, absorpčné schopnosti a jednoduchosť spracovania.
Vonkajšie faktory ovplyvňujúce polovodiče
Atómové usporiadanie v kryštálovej štruktúre určuje kryštalinitu polovodičových materiálov, ktorá priamo ovplyvňuje prenos náboja, hustotu prúdu a účinnosť premeny energie solárnych článkov. Pásmová medzera polovodičových materiálov sa vzťahuje na minimálnu energiu potrebnú na presun elektrónov z viazaného stavu do voľného stavu (umožňujúci vodivosť). Pásmová medzera, typicky označovaná ako Eg, opisuje energetický rozdiel medzi valenčným pásmom (nízka energia) a vodivostným pásmom (vysoká energia).
Absorpčný koeficient kvantifikuje vzdialenosť, ktorú fotón s určitou vlnovou dĺžkou môže prejsť médiom predtým, ako sa absorbuje. Je určený materiálom článku a vlnovou dĺžkou absorbovaného fotónu.
Náklady a jednoduchosť spracovania rôznych polovodičových materiálov a zariadení závisia od mnohých faktorov vrátane typu a rozsahu použitých materiálov, výrobných cyklov a migračných charakteristík článku v depozičnej komore. Každý faktor zohráva kľúčovú úlohu pri splnení špecifických potrieb fotovoltaickej výroby.
