İnce film güneş pilleri

Bugün piyasadaki güneş pillerinin %85'e kadarı kristal güneş modülleridir. Ancak uzmanlar, güneş pillerinin üretimi için ince film teknolojisinin daha verimli olduğunu ve bu nedenle halihazırda bilinen kristal modüller arasında en umut verici olduğunu garanti ediyor.

İnce film teknolojisinin ana avantajı düşük maliyetidir, bu nedenle önümüzdeki yıllarda lider olma şansı vardır. Yeni tabanın modülleri, kelimenin tam anlamıyla güneş panellerini esnek hale getiriyor. Hafif ve esnektirler, bu da bu tür pilleri giysi yüzeyi de dahil olmak üzere kelimenin tam anlamıyla herhangi bir yüzeye yerleştirmenize olanak tanır.

Esnek güneş pilleri, küçük katlanabilir formda cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, tabletler, video kameralar ve diğer aygıtlar için taşınabilir şarj cihazlarının üretiminde halihazırda kullanılan polimer filmler, amorf silikon, alüminyum, kadmiyum tellür ve diğer yarı iletkenlere dayanmaktadır. güneş pilleri Ancak daha fazla güç gerekiyorsa, modülün alanı daha büyük olmalıdır.

İnce film güneş pillerinin ilk örnekleri, bir substrat üzerine biriktirilen amorf silikon ile yapıldı ve verimlilik yalnızca %4 ila 5 idi ve hizmet ömrü uzun değildi. Aynı teknolojinin bir sonraki adımı, verimliliği %8'e çıkarmak ve hizmet ömrünü uzatmaktı, kristal öncülleriyle karşılaştırılabilir hale geldi. Son olarak, üçüncü nesil ince film modülleri zaten %12'lik bir verimliliğe sahipti, bu zaten önemli bir ilerleme ve rekabet gücüdür.

Burada kullanılan indiyum bakır selenid ve kadmiyum tellür, %10'a varan verimlilikle esnek güneş pilleri ve taşınabilir şarj cihazları yaratmayı mümkün kıldı ve fizikçilerin her ek verimlilik yüzdesi için mücadele ettiği düşünülürse, bu şimdiden önemli bir başarı. Şimdi ince film pillerin nasıl yapıldığına daha yakından bakalım.

Kadmiyum telluride gelince, uzayda kullanım için en iyi seçeneği bulmanın gerekli olduğu 1970'lerde ışığı soğuran bir malzeme olarak incelenmeye başlandı. Bugüne kadar kadmiyum tellür, güneş pilleri için en umut verici olanı olmaya devam ediyor. Bununla birlikte, kadmiyum toksisitesi sorunu bir süredir açık kalmaktadır.

Araştırma sonucunda tehlikenin minimum düzeyde olduğu, atmosfere salınan kadmiyum seviyesinin tehlikeli olmadığı gösterildi. Verimlilik% 11, watt başına fiyat ise silikon analoglarından üçte bir daha düşük.

Şimdi bakır indiyum selenid için. Günümüzde düz panel monitörler oluşturmak için önemli miktarda indiyum kullanılmaktadır, bu nedenle indiyum yine de aynı özelliklere sahip olan galyum ile değiştirilmektedir. Güneş enerjisi… Film pilleri bu temelde %20'lik bir verimlilik elde ediyor.

Son zamanlarda polimer paneller geliştirilmeye başlandı.Burada organik yarı iletkenler, ışığı soğuran malzemeler olarak işlev görür: karbon fullerenler, polifenilen, bakır ftalosiyanin, vb. Güneş pilinin kalınlığı 100 nm'dir, ancak verimliliği yalnızca %5 ila %6'dır. Ama aynı zamanda yapım maliyetleri oldukça düşük, filmler ekonomik, hafif ve tamamen çevreci. Bu nedenle reçine paneller, çevre dostu olma ve mekanik esnekliğin önemli olduğu yerlerde popülerdir.

Dolayısıyla günümüzde üretilen ince film güneş pillerinin verimliliği:

• Tek kristal — %17 ila %22;

• Polikristal — %12 ila %18;

• Amorf silikon — %5 ila 6;

• Kadmiyum tellür — %10 ila %12;

• Bakır-indiyum selenid — %15 ila %20;

• Organik polimerler — %5 ila 6.

İnce film pillerin özellikleri nelerdir? Her şeyden önce, kristal analoglara kıyasla yıl boyunca %15'e kadar daha fazla güç sağlayan dağınık ışıkta bile modüllerin yüksek performansını belirtmekte fayda var. Ardından üretim maliyeti avantajı geliyor. 10 kW'tan itibaren yüksek güçlü sistemlerde ince film modülleri, 2,5 kat daha fazla alana ihtiyaç duyulmasına rağmen daha yüksek verimlilik gösterir.

Böylece, ince film modüllerinin haklı bir avantaj elde ettiği koşulları adlandırabiliriz. Havanın çoğunlukla bulutlu olduğu bölgelerde, ince film piller verimli bir şekilde çalışır (dağınık ışık). Sıcak iklime sahip bölgeler için ince filmler daha verimlidir (yüksek sıcaklıklarda düşük sıcaklıklarda olduğu kadar etkili çalışırlar). Bina cephelerini bitirmek için dekoratif tasarım çözümleri olarak kullanım imkanı. %20'ye varan şeffaflık mümkündür, bu da yine tasarımcıların işine gelir.

Bu arada, 2008'de Amerikan şirketi Solyndra, elektrik kontaklarıyla donatılmış başka bir tüpün içine yerleştirilmiş bir cam tüpe bir fotosel tabakasının uygulandığı silindirlere ince film piller yerleştirmeyi önerdi. Kullanılan malzemeler bakır, selenyum, galyum, indiyumdur.

Silindirik tasarım, daha fazla ışığın emilmesini sağlar ve iki panelin metresi başına 40 silindirlik bir set sığar. Buradaki vurgu, beyaz çatı kaplamasının böyle bir çözümün yüksek verimliliğine katkıda bulunmasıdır, çünkü o zaman yansıyan ışınlar da çalışır ve enerjilerinin %20'sini ekler. Ayrıca silindirik setler, 55 m/sn'ye varan sert rüzgarlara bile dayanıklıdır.

Günümüzde üretilen güneş pillerinin çoğu yalnızca bir pn bağlantısı içerir ve bant aralığından daha az enerjiye sahip fotonlar üretime katılmazlar. Daha sonra bilim adamları bu sınırlamanın üstesinden gelmenin bir yolunu buldular, çok katmanlı bir yapının basamaklı elemanları geliştirildi, burada her katman kendi bant genişliğine sahip, yani her katman, emilen enerjinin bireysel bir değerine sahip ayrı bir pn bağlantısına sahip. fotonlar.

Üst katman, hidrojene amorf silikon bazlı bir alaşımdan oluşur, ikincisi - germanyum (% 10-15) ilavesiyle benzer bir alaşım, üçüncüsü -% 40 ila 50 germanyum ilavesiyle. Böylece birbirini izleyen her katman, bir önceki katmandan daha dar bir aralığa sahiptir ve üst katmanlardaki soğurulmamış fotonlar, filmin alttaki katmanları tarafından soğurulur.

Bu yaklaşımda, üretilen enerjinin maliyeti, geleneksel kristal silikon hücrelere kıyasla yarıya indirilir. Sonuç olarak, üç geçişli bir film ile %31'lik bir verim elde edildi ve beş geçişli bir film, %43'ün tamamını vaat ediyor.

Son zamanlarda, Moskova Devlet Üniversitesi'nden uzmanlar, esnek bir organik malzeme alt tabakasına uygulanan bir polimere dayalı rulo tipi güneş pilleri geliştirdiler. Verimliliğin yalnızca% 4 olduğu ortaya çıktı, ancak bu tür piller + 80 ° C'de bile 10.000 saat çalışabilir. Bu çalışmalar henüz tamamlanmadı.

İsviçreli bilim adamları polimer bazında %20,4 verim elde etmişler ve yarı iletken olarak indiyum, bakır, selenyum ve galyum kullanılmıştır. Bugün bu, ince bir polimer film üzerindeki elementler için bir rekor.

Japonya'da, benzer (indiyum, selenyum, bakır) püskürterek biriktirilmiş yarı iletkenlerde %19,7 verimlilik elde ettiler. Ve Japonya'da güneş enerjisi kumaşı üretmeye başladılar, kumaşa bağlı yaklaşık 1,2 milimetre çapındaki silindirik elemanlar kullanılarak kumaş güneş panelleri geliştirildi. 2015 yılı başında ise bu temelde giyim ve güneşlik üretimine başlamayı planladılar.

İnce film güneş panellerinin yakın gelecekte nihayet genel kullanıma açılacağı aşikardır.Maliyetleri azaltmak için dünya çapında bu kadar çok araştırma yapılması boşuna değildir.