Производња соларне енергије, као водеће решење за чисту енергију, привукла је значајну пажњу индустрије. Ако сте заинтересовани, хајде да се позабавимо структуром соларних ћелија и сродних фотонапонских материјала.
Производња соларне енергије, често називана соларним ћелијама, директно претвара сунчеву светлост у електричну енергију. У соларним панелима, фотони са сунца избацују електроне из атомских веза полупроводничких материјала. Када су ови електрони приморани да се крећу у истом смеру, они генеришу електричну струју која може или напајати електронске уређаје или се доводити у електричну мрежу.
Од када је француски физичар Александар-Едмон Бекерел први теоретски представио фотонапонску технологију 1839. године, производња соларне енергије је кључна тема истраживања. Данас, са великим истраживачким тимовима из САД, Јапана и Европе који убрзавају комерцијализацију својих соларних система, међународно тржиште за фотонапонску индустрију наставља да се шири.
Фотонапонски модули
Иако се материјали у фотонапонским системима разликују, сви модули се састоје од неколико слојева, од предње до задње стране. Сунчева светлост прво пролази кроз заштитни слој (обично стакло), а затим кроз провидни контактни слој у саму ћелију. У средишту модула налази се апсорбујући материјал, који хвата фотоне да би генерисао електричну струју. Врста полупроводничког материјала који се користи зависи од специфичних потреба фотонапонског система.
Испод апсорбујућег материјала налази се задњи метални слој, који заокружује електрично коло. Испод металног слоја налази се композитни филмски слој, који водоотпорно и изолује модул. Фотонапонски модули су често опремљени додатним заштитним слојем од стакла, легуре алуминијума или пластике.
Полупроводнички материјали
Полупроводнички материјали у фотонапонским системима могу бити силицијум, поликристални танки филмови или монокристални танки филмови. Силицијумски материјали укључују монокристални силицијум, поликристални силицијум и аморфни силицијум. Монокристални силицијум, са својом правилном структуром, има већу ефикасност фотонапонске конверзије од поликристалног силицијума.
У аморфном силицијуму, атоми силицијума су насумично распоређени, што резултира нижом ефикасношћу конверзије у поређењу са монокристалним силицијумом. Међутим, аморфни силицијум може да ухвати више фотона, а легирање са елементима као што су германијум или угљеник може побољшати ово својство.
Бакар-индијум-диселенид (CIS), кадмијум-телурид (CdTe) и танкослојни силицијум су често коришћени поликристални танкослојни материјали. Високоефикасни материјали као што је галијум-арсенид (GaAs) често укључују монокристалне силицијумске танкослојне филмове. Ови материјали се бирају за специфичне фотонапонске примене на основу јединствених својстава као што су кристалност, величина енергетског забрањеног простора, апсорпционе могућности и лакоћа обраде.
Спољни фактори који утичу на полупроводнике
Распоред атома у кристалној структури одређује кристалност полупроводничких материјала, што директно утиче на транспорт наелектрисања, густину струје и ефикасност конверзије енергије соларних ћелија. Зона забрањене зоне полупроводничких материјала односи се на минималну енергију потребну за премештање електрона из везаног у слободно стање (омогућавајући проводљивост). Зона забрањене зоне, обично означена као Eg, описује енергетску разлику између валентне зоне (ниска енергија) и проводне зоне (висока енергија).
Коефицијент апсорпције квантификује растојање на које фотон одређене таласне дужине може да продре кроз средину пре него што се апсорбује. Одређује га материјал ћелије и таласна дужина апсорбованог фотона.
Цена и лакоћа обраде различитих полупроводничких материјала и уређаја зависе од бројних фактора, укључујући врсту и обим коришћених материјала, производне циклусе и карактеристике миграције ћелије у комори за таложење. Сваки фактор игра кључну улогу у задовољавању специфичних потреба за производњом фотонапонске енергије.
