Fotovoltaik (PV) hücreler genellikle silikon gibi yarı iletken malzemelerden yapılır ve hem pozitif hem de negatif elektrotlara sahiptir. Güneş ışığına maruz kaldıklarında, fotovoltaik etki meydana gelir ve ışık enerjisi anında doğru akım (DC) şeklinde elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu elektrik, çeşitli enerji ihtiyaçlarını karşılamak için pillerde depolanabilir veya bir invertör aracılığıyla alternatif akıma (AC) dönüştürülebilir. PV hücreleri genellikle modüller oluşturmak üzere seri veya paralel olarak bağlanır ve daha büyük enerji çıkışları için diziler halinde bir araya getirilir.
1. Alüminyum Arka Yüzey Alanlı (BSF) Hücreler
Yapı ve İlke
BSF hücreleri, arka elektrot olarak alüminyum kaplama kullanan yaygın bir güneş hücresi türüdür. Bu, elektronları arka elektroda doğru yönlendirmeye yardımcı olan ve enerji dönüşüm verimliliğini artıran bir arka elektrik alanı oluşturur. Üretim süreci, silikon yüzeyinin fosforla katkılanarak N tipi bir bölge oluşturulmasını, ön tarafa bir film veya kaplama uygulanarak P tipi bir bölge oluşturulmasını ve bir pn ekleminin oluşturulmasını içerir. Son olarak, akımı toplamak için metal ızgaralar eklenir.
Gelişim Tarihi
İlk olarak 1973'te önerilen BSF hücreleri, ticarileştirilen en eski kristal silikon hücre yapısıydı. 2016 yılı itibariyle pazar payının %90'ından fazlasını oluşturuyorlardı.
Avantajlar
BSF hücreleri, basitlikleri, maliyet etkinliği ve olgun teknolojileriyle dikkat çekmektedir.
2. PERC Hücreleri
İsimlendirme Kökeni
PERC, Pasifleştirilmiş Yayıcı ve Arka Hücre anlamına gelir.
Süreç ve Performans
Geleneksel BSF hücrelerine dayanan PERC teknolojisi, verimliliği önemli ölçüde artıran iki temel adım daha ekler: arka yüzey pasivasyonu ve lazerle açma. Üretim süreci; gofret temizleme ve dokulandırma, pn bağlantıları oluşturmak için difüzyon, seçici yayıcılar için lazerle katkılama, arka yüzey pasivasyonu, lazerle delme, serigrafi baskı, sinterleme ve test işlemlerini içerir.
Avantajlar
PERC hücreleri basit bir yapıya, kısa üretim sürecine ve yüksek ekipman olgunluğuna sahiptir.
3. Heterobağlantı (HJT) Hücreleri
Yapı
HJT hücreleri, kristal silikon alt tabakaları ve amorf silikon filmleri birleştiren hibrit güneş hücreleridir. Ön ve arka yüzeyleri pasifleştirmek için heterojunction arayüzünde içsel amorf silikon katmanları içerirler. Simetrik yapı, N tipi kristal silikon alt tabaka, ışığa bakan tarafta Pi amorf silikon katmanı, arka tarafta iN amorf silikon katmanı ve her iki tarafta şeffaf elektrotlar ve bara hatları içerir. Bunlar çift taraflı hücrelerdir.
Avantajlar
HJT hücreleri yüksek verimlilik, düşük bozulma, düşük sıcaklık katsayısı, yüksek çift taraflılık, basitleştirilmiş işlemler ve daha ince gofretler için uygunluk gibi özelliklere sahiptir.
4. TOPCon Hücreleri
Teknik Prensip
TOPCon (Tünel Oksit Pasifleştirilmiş Kontak) hücreleri, seçici taşıyıcı prensibine dayanmaktadır. Ultra ince bir silikon oksit tabakası ve arka tarafta katkılı bir silikon tabakası içerirler ve pasifleştirilmiş bir kontak yapısı oluştururlar. Bu, yüzey ve metal kontak rekombinasyonunu azaltarak N-PERT hücrelerinde verimlilik artışı için önemli bir potansiyel yaratır.
Süreç Özellikleri
TOPCon hücreleri N tipi silikon alt tabakalar kullanır ve bor difüzyonu ve ince film kaplama ekipmanı eklenmesi gibi mevcut P tipi üretim hatlarında minimum değişiklik gerektirir. Arka açıklıklara ve hizalamaya olan ihtiyacı ortadan kaldırarak üretimi basitleştirir ve PERC ve N-PERT hücre süreçleriyle uyumluluğu artırır.
Avantajlar
TOPCon hücreleri düşük bozulma, yüksek çift taraflılık ve düşük sıcaklık katsayısı sergileyerek güneş enerjisi santrallerinde mükemmel performans gösterir.
5. IBC Hücreleri
Yapı ve İlke
İç içe geçmiş arka kontaklı (IBC) hücreler, ön taraftaki tüm elektrot ızgara hatlarını arka tarafa taşıyarak pn bağlantılarını ve metal kontakları iç içe geçmiş bir düzende düzenler. Bu, gölgelenmeyi azaltır ve ışık emilimini artırır. Ön tarafta metal kontak bulunmadığından, IBC hücreleri foton dönüşümü için daha büyük bir aktif alan sağlar.
Teknoloji Entegrasyonu
IBC hücreleri, PERC, TOPCon, HJT ve perovskit gibi diğer teknolojilerle entegre olarak "TBC" (TOPCon-IBC) ve "HBC" (HJT-IBC) gibi gelişmiş hibrit hücreler oluşturabilir.
Uygulama Potansiyeli
Estetik açıdan hoş tasarımları sayesinde IBC hücreleri, bina entegre fotovoltaik (BIPV) sistemleri için oldukça uygundur ve güçlü ticari beklentilere sahiptir.
Çözüm
Her bir fotovoltaik hücre türü benzersiz avantajlar sunar ve güneş enerjisi teknolojilerinin geliştirilmesinde çok önemli bir rol oynar. Sürekli yenilikler sayesinde, bu teknolojiler fotovoltaik endüstrisinin büyümesini ve dönüşümünü yönlendirmektedir.
