Генерація сонячної енергії, як провідне рішення для чистої енергії, привернула значну увагу галузі. Якщо вам цікаво, давайте заглибимося в структуру сонячних елементів та пов'язаних з ними фотоелектричних матеріалів.
Сонячні електрогенератори, які часто називають сонячними елементами, безпосередньо перетворюють сонячне світло на електрику. У сонячних панелях фотони сонця вибивають електрони з атомних зв'язків напівпровідникових матеріалів. Коли ці електрони змушені рухатися в одному напрямку, вони генерують електричний струм, який може або живити електронні пристрої, або подаватись в електричну мережу.
З того часу, як французький фізик Александр-Едмон Беккерель вперше теоретизував фотоелектричну технологію у 1839 році, виробництво сонячної енергії було ключовою темою досліджень. Сьогодні, коли великі дослідницькі групи зі США, Японії та Європи прискорюють комерціалізацію своїх сонячних систем, міжнародний ринок фотоелектричної промисловості продовжує розширюватися.
Фотоелектричні модулі
Хоча матеріали у фотоелектричних системах різняться, усі модулі складаються з кількох шарів, починаючи з передньої та задня сторони. Сонячне світло спочатку проходить через захисний шар (зазвичай скло), а потім через прозорий контактний шар потрапляє в сам елемент. У центрі модуля знаходиться поглинальний матеріал, який захоплює фотони для генерації електричного струму. Тип напівпровідникового матеріалу, що використовується, залежить від конкретних потреб фотоелектричної системи.
Під поглинальним матеріалом знаходиться задній металевий шар, який завершує електричне коло. Під металевим шаром знаходиться шар композитної плівки, який водонепроникний та ізолює модуль. Фотоелектричні модулі часто оснащені додатковим захисним заднім шаром зі скла, алюмінієвого сплаву або пластику.
Напівпровідникові матеріали
Напівпровідникові матеріали у фотоелектричних системах можуть бути кремнієм, полікристалічними тонкими плівками або монокристалічними тонкими плівками. Кремнієві матеріали включають монокристалічний кремній, полікристалічний кремній та аморфний кремній. Монокристалічний кремній, з його регулярною структурою, має вищу ефективність фотоелектричного перетворення, ніж полікристалічний кремній.
У аморфному кремнії атоми кремнію розподілені хаотично, що призводить до нижчої ефективності перетворення порівняно з монокристалічним кремнієм. Однак аморфний кремній може захоплювати більше фотонів, а його сплавлення з такими елементами, як германій або вуглець, може посилити цю властивість.
Диселенід міді-індія (CIS), телурид кадмію (CdTe) та тонкоплівковий кремній є поширеними полікристалічними тонкоплівковими матеріалами. Високоефективні матеріали, такі як арсенід галію (GaAs), часто містять тонкі плівки монокристалічного кремнію. Ці матеріали вибираються для конкретних фотоелектричних застосувань на основі унікальних властивостей, таких як кристалічність, розмір забороненої зони, поглинальні можливості та легкість обробки.
Зовнішні фактори, що впливають на напівпровідники
Розташування атомів у кристалічній структурі визначає кристалічність напівпровідникових матеріалів, що безпосередньо впливає на перенос заряду, густину струму та ефективність перетворення енергії сонячних елементів. Ширина забороненої зони напівпровідникових матеріалів відноситься до мінімальної енергії, необхідної для переміщення електронів зі зв'язаного стану у вільний (що забезпечує провідність). Ширина забороненої зони, яку зазвичай позначають як Eg, описує різницю енергій між валентною зоною (низька енергія) та зоною провідності (висока енергія).
Коефіцієнт поглинання визначає відстань, на яку фотон певної довжини хвилі може проникнути через середовище, перш ніж поглинеться. Він визначається матеріалом комірки та довжиною хвилі поглиненого фотона.
Вартість та простота обробки різних напівпровідникових матеріалів та пристроїв залежать від численних факторів, включаючи тип та масштаб використовуваних матеріалів, виробничі цикли та характеристики міграції комірки в камері осадження. Кожен фактор відіграє вирішальну роль у задоволенні конкретних потреб фотоелектричної генерації.
