Proizvodnja sončne energije kot vodilna rešitev za čisto energijo je pritegnila veliko pozornosti industrije. Če vas zanima, si poglejmo strukturo sončnih celic in z njimi povezanih fotovoltaičnih materialov.
Proizvodnja sončne energije, pogosto imenovana sončne celice, neposredno pretvarja sončno svetlobo v električno energijo. V sončnih panelih fotoni sonca izlomijo elektrone iz atomskih vezi polprevodniških materialov. Ko so ti elektroni prisiljeni gibati se v isto smer, ustvarijo električni tok, ki lahko napaja elektronske naprave ali pa se dovaja v električno omrežje.
Odkar je francoski fizik Alexandre-Edmond Becquerel leta 1839 prvi teoretiziral o fotovoltaični tehnologiji, je proizvodnja sončne energije ključna tema raziskav. Danes, ko velike raziskovalne skupine iz ZDA, Japonske in Evrope pospešujejo komercializacijo svojih sončnih sistemov, se mednarodni trg za fotovoltaično industrijo še naprej širi.
Fotovoltaični moduli
Čeprav se materiali v fotovoltaičnih sistemih razlikujejo, so vsi moduli sestavljeni iz več plasti, od sprednje do zadnje strani. Sončna svetloba najprej prehaja skozi zaščitno plast (običajno steklo), nato pa skozi prozorno kontaktno plast v samo celico. V središču modula je absorber, ki lovi fotone in ustvarja električni tok. Vrsta uporabljenega polprevodniškega materiala je odvisna od specifičnih potreb fotovoltaičnega sistema.
Pod absorberjem je zadnja kovinska plast, ki zaključi električni tokokrog. Pod kovinsko plastjo je plast kompozitne folije, ki modul hidroizolira in izolira. Fotovoltaični moduli so pogosto opremljeni z dodatno zaščitno zadnjo plastjo iz stekla, aluminijeve zlitine ali plastike.
Polprevodniški materiali
Polprevodniški materiali v fotovoltaičnih sistemih so lahko silicij, polikristalni tanki filmi ali monokristalni tanki filmi. Silicijevi materiali vključujejo monokristalni silicij, polikristalni silicij in amorfni silicij. Monokristalni silicij ima s svojo pravilno strukturo večjo učinkovitost fotovoltaične pretvorbe kot polikristalni silicij.
V amorfnem siliciju so atomi silicija naključno razporejeni, kar ima za posledico nižjo učinkovitost pretvorbe v primerjavi z monokristalnim silicijem. Vendar pa lahko amorfni silicij zajame več fotonov, zlitja z elementi, kot sta germanij ali ogljik, pa lahko to lastnost izboljšajo.
Bakrov indijev diselenid (CIS), kadmijev telurid (CdTe) in tankoplastni silicij so pogosto uporabljeni polikristalni tankoplastni materiali. Visoko učinkoviti materiali, kot je galijev arzenid (GaAs), pogosto vsebujejo tanke monokristalne silicijeve filme. Ti materiali so izbrani za specifične fotovoltaične aplikacije na podlagi edinstvenih lastnosti, kot so kristaliničnost, velikost pasovne vrzeli, absorpcijske sposobnosti in enostavnost obdelave.
Zunanji dejavniki, ki vplivajo na polprevodnike
Razporeditev atomov v kristalni strukturi določa kristaliničnost polprevodniških materialov, kar neposredno vpliva na prenos naboja, gostoto toka in učinkovitost pretvorbe energije sončnih celic. Pasovna vrzel polprevodniških materialov se nanaša na minimalno energijo, potrebno za prehod elektronov iz vezanega v prosto stanje (kar omogoča prevodnost). Pasovna vrzel, običajno označena kot Eg, opisuje energijsko razliko med valentnim pasom (nizka energija) in prevodnim pasom (visoka energija).
Absorpcijski koeficient kvantificira razdaljo, ki jo foton določene valovne dolžine lahko prodre skozi medij, preden se absorbira. Določa ga material celice in valovna dolžina absorbiranega fotona.
Stroški in enostavnost obdelave različnih polprevodniških materialov in naprav so odvisni od številnih dejavnikov, vključno z vrsto in obsegom uporabljenih materialov, proizvodnimi cikli in migracijskimi značilnostmi celice v komori za nanašanje. Vsak dejavnik igra ključno vlogo pri izpolnjevanju specifičnih potreb po proizvodnji fotovoltaike.
