مبانی سلول های فتوولتائیک خورشیدی

سیلیس

سیلیکونیس ، رایج ترین ماده نیمه هادی مورد استفاده در سلول های خورشیدی است که تقریباً 95 درصد از ماژول های فروخته شده امروزه را نشان می دهد. همچنین دومین ماده فراوان روی زمین (پس از اکسیژن) و رایج ترین نیمه هادی مورد استفاده در تراشه های رایانه است. سلولهای کریستالی سیلیکون از اتمهای سیلیکون تشکیل شده اند که به یکدیگر متصل شده و یک شبکه کریستالی را تشکیل می دهند. این شبکه یک ساختار سازمان یافته را فراهم می کند که تبدیل نور به برق را کارآمدتر می کند.

سلول های خورشیدی ساخته شده از سیلیکون در حال حاضر ترکیبی از راندمان بالا ، هزینه کم و عمر طولانی را ارائه می دهند. انتظار می رود که ماژول ها 25 سال یا بیشتر دوام بیاورند و پس از این مدت هنوز بیش از 80 درصد از قدرت اولیه خود را تولید کنند.

عکس های نازک فیلم

یک سلول خورشیدی با لایه نازک با قرار دادن یک یا چند لایه نازک از مواد PV بر روی یک ماده نگهدارنده مانند شیشه ، پلاستیک یا فلز ساخته می شود. امروزه دو نوع نیمه هادی PV نازک در بازار وجود دارد: تلورید کادمیوم (CdTe) و دیسنیلید ایندیوم گالیم مس (CIGS). هر دو ماده را می توان مستقیماً در قسمت جلویی یا پشتی سطح ماژول قرار داد.

CdTe دومین متداول ترین ماده PV پس از سیلیکون است و سلول های CdTe را می توان با استفاده از فرایندهای تولید کم هزینه ساخت. در حالی که این امر آنها را به یک جایگزین مقرون به صرفه تبدیل می کند ، بازده آنها هنوز به اندازه سیلیکون' نیست. سلولهای CIGS دارای خواص بهینه برای یک ماده PV و راندمان بالا در آزمایشگاه هستند ، اما پیچیدگی ترکیب چهار عنصر باعث می شود که انتقال از آزمایشگاه به تولید چالش برانگیزتر باشد. هر دو CdTe و CIGS به محافظت بیشتری نسبت به سیلیکون نیاز دارند تا عملیات طولانی مدت در خارج از منزل انجام شود.

عکس های فن آوری پیرووسکیت

سلولهای Perovskitesolar نوعی سلولهای لایه نازک هستند و بر اساس ساختار بلوری مشخصه آنها نامگذاری شده اند. سلولهای پروسکیت با لایه هایی از مواد ساخته شده اند که چاپ شده ، پوشش داده شده یا در خلاء بر روی یک لایه پشتیبان زیرین ، معروف بهلایه.آنها معمولاً آسان جمع می شوند و می توانند به بازدهی مشابه سیلیکون کریستالی برسند. در آزمایشگاه ، بازده سلول های خورشیدی پروسکایت سریعتر از سایر مواد PV بهبود یافته است ، از 3 درصد در سال 2009 به بیش از 25 درصد در سال 2020. برای اینکه از نظر تجاری مقرون به صرفه باشد ، سلول های PV پروسکایت باید به اندازه کافی پایدار باشند تا 20 سال در فضای باز زنده بمانند ، بنابراین محققان در حال کار بر روی دوام بیشتر آنها و توسعه تکنیک های تولید در مقیاس بزرگ و کم هزینه هستند.

PHOTOVOLTAICS ORGANIC

سلولهای PV ارگانیک یا OPV ، از ترکیبات غنی از کربن (آلی) تشکیل شده اند و می توانند برای افزایش عملکرد خاص سلول PV ، مانند باند ، شفافیت یا رنگ طراحی شوند. سلولهای OPV در حال حاضر تقریباً نیمی از سلولهای سیلیکونی کریستالی کارآمد هستند و عمر مفید آنها کوتاهتر است ، اما تولید آنها در حجم زیاد ارزان تر است. آنها همچنین می توانند برای انواع مواد نگهدارنده مانند پلاستیک انعطاف پذیر استفاده شوند و OPV را قادر می سازد تا طیف وسیعی از مصارف را ارائه دهد.

عکس های چندمنظوره

استراتژی دیگر برای بهبود کارایی سلول های PV لایه بندی چند نیمه هادی به سلول های خورشیدی چند منظوره است. این سلولها در اصل پشته ای از مواد نیمه هادی مختلف هستند ، در مقابل سلولهای تک پیوندی که فقط یک نیمه هادی دارند. هر لایه دارای باند باند متفاوتی است ، بنابراین هریک قسمت متفاوتی از طیف خورشیدی را جذب می کنند و از نور خورشید بیشتر از سلولهای تک پیوندی استفاده می کنند. سلول های خورشیدی چندمنظوره می توانند به سطوح کارایی بالایی برسند زیرا نوری که توسط اولین لایه نیمه هادی جذب نمی شود توسط لایه ای در زیر آن جذب می شود.

در حالی که همه سلول های خورشیدی با بیش از یک باند ، سلول های خورشیدی چند منظوره هستند ، یک سلول خورشیدی با دو باند باند ، سلول خورشیدی پشت سر هم نامیده می شود. سلولهای خورشیدی چند منظوره که نیمه رساناهای ستونهای III و V را در جدول تناوبی ترکیب می کنند ، سلولهای خورشیدی چند منظوره III-V نامیده می شوند.

سلول های خورشیدی چند منظوره بازدهی بیش از 45 را نشان داده اند ، اما تولید آنها پرهزینه و دشوار است ، بنابراین برای اکتشاف فضا محفوظ است. ارتش در حال استفاده از سلولهای خورشیدی III-V در هواپیماهای بدون سرنشین است و محققان در حال بررسی کاربردهای دیگر آنها هستند که کارایی بالا در آنها مهم است.

فتوولتائیک تمرکز

غلظت PV که به CPV نیز معروف است ، با استفاده از آینه یا لنز ، نور خورشید را بر روی سلول خورشیدی متمرکز می کند. با تمرکز نور خورشید بر روی یک منطقه کوچک ، مواد PV کمتری مورد نیاز است. مواد PV با افزایش غلظت نور کارآمدتر می شوند ، بنابراین بالاترین کارایی کلی با سلولها و ماژولهای CPV بدست می آید. با این حال ، مواد گران تر ، تکنیک های تولید و توانایی ردیابی حرکت خورشید مورد نیاز است ، بنابراین نشان دادن مزیت هزینه لازم نسبت به ماژول های سیلیکونی با حجم بالا' امروزه چالش برانگیز شده است.