Šaltinis: www.energy.gov
Kai šviesa šviečia ant fotoelektros (PV) elemento, dar vadinamo saulės elementu, ta šviesa gali atsispindėti, sugerti arba praeiti tiesiai per elementą. PV elementas sudarytas iš puslaidininkinės medžiagos; „pusiau“ reiškia, kad jis gali geriau valdyti elektrą nei izoliatorius, bet ne taip gerai, kaip metalas. PV ląstelėse naudojamos kelios skirtingos puslaidininkinės medžiagos.
Kai puslaidininkis yra veikiamas šviesos, jis sugeria šviesos energiją ir perduoda ją į neigiamai įkrautas daleles medžiagoje, vadinamoje elektronais. Ši papildoma energija leidžia elektronams tekėti per medžiagą kaip elektros srovė. Ši srovė išgaunama per laidžius metalinius kontaktus-į tinklelius panašias saulės elementų linijas-ir tada gali būti naudojama jūsų namams ir likusiai elektros tinklo daliai maitinti.
PV elemento efektyvumas yra tiesiog iš ląstelės išeinančios elektros energijos kiekis, palyginti su jame sklindančios šviesos energija, o tai rodo, kaip efektyviai ląstelė paverčia energiją iš vienos formos į kitą. Iš PV elementų pagamintos elektros kiekis priklauso nuo turimos šviesos charakteristikų (pvz., Intensyvumo ir bangos ilgio) ir daugybės elemento veikimo savybių.
Svarbi PV puslaidininkių savybė yra juostos tarpas, kuris nurodo, kokius šviesos bangos ilgius medžiaga gali sugerti ir paversti elektros energija. Jei puslaidininkio juostos tarpas atitinka šviesos bangos ilgius, šviečiančius ant PV elemento, tada ši ląstelė gali efektyviai išnaudoti visą turimą energiją.
Žemiau sužinokite daugiau apie dažniausiai naudojamas puslaidininkines medžiagas PV elementams.
SILICONAS
Siliconis, iki šiol labiausiai paplitusi puslaidininkinė medžiaga, naudojama saulės elementuose, sudaro apie 95% šiandien parduodamų modulių. Tai taip pat antra pagal paplitimą medžiaga Žemėje (po deguonies) ir labiausiai paplitęs puslaidininkis, naudojamas kompiuterių lustuose. Kristalinės silicio ląstelės yra pagamintos iš silicio atomų, sujungtų vienas su kitu, kad sudarytų kristalinę gardelę. Ši grotelė suteikia organizuotą struktūrą, kuri leidžia efektyviau konvertuoti šviesą į elektros energiją.
Saulės elementai, pagaminti iš silicio, šiuo metu užtikrina aukšto efektyvumo, mažos kainos ir ilgo tarnavimo laiką. Tikimasi, kad moduliai tarnaus 25 ar daugiau metų, o po to vis tiek pagamins daugiau nei 80% savo pradinės galios.
PLONO FILMO FOTOVOLTAIKA
Plonos plėvelės saulės elementas gaminamas padedant vieną ar kelis plonus PV medžiagos sluoksnius ant atraminės medžiagos, tokios kaip stiklas, plastikas ar metalas. Šiandien rinkoje yra du pagrindiniai plonų plėvelių puslaidininkių tipai: kadmio teluridas (CdTe) ir vario indžio galio dislenidas (CIGS). Abi medžiagos gali būti dedamos tiesiai ant priekinio arba galinio modulio paviršiaus.
CdTe yra antra labiausiai paplitusi PV medžiaga po silicio, o CdTe elementai gali būti pagaminti naudojant pigius gamybos procesus. Nors tai daro juos rentabilia alternatyva, jų efektyvumas vis dar nėra toks didelis kaip silicio. CIGS ląstelės pasižymi optimaliomis PV medžiagos savybėmis ir dideliu efektyvumu laboratorijoje, tačiau dėl sudėtingumo, susijusio su keturių elementų derinimu, perėjimas nuo laboratorijos prie gamybos tampa sudėtingesnis. Tiek CdTe, tiek CIGS reikia daugiau apsaugos nei silicio, kad būtų galima ilgai veikti lauke.
PEROVSKITE FOTOVOLTAIKA
Perovskitesolinės ląstelės yra plonos plėvelės ląstelių tipas ir pavadintos pagal jiems būdingą kristalų struktūrą. Perovskito ląstelės yra pagamintos iš medžiagų sluoksnių, kurie yra atspausdinti, padengti arba vakuuminiu būdu nusodinami ant pagrindinio atraminio sluoksnio, žinomo kaipsubstratas.Paprastai juos lengva surinkti ir jie gali pasiekti efektyvumą, panašų į kristalinį silicį. Laboratorijoje perovskito saulės elementų efektyvumas pagerėjo greičiau nei bet kurios kitos PV medžiagos - nuo 3% 2009 m. Iki daugiau nei 25% 2020 m. Kad būtų komerciškai perspektyvios, perovskito PV ląstelės turi tapti pakankamai stabilios, kad galėtų išgyventi 20 metų lauke, todėl tyrėjai stengiasi jas padaryti patvaresnes ir kuria didelio masto, nebrangias gamybos technologijas.
ORGANINĖ FOTOVOLTAIKA
Organinės PV arba OPV ląstelės yra sudarytos iš daug anglies turinčių (organinių) junginių ir gali būti pritaikytos taip, kad pagerintų specifinę PV ląstelės funkciją, pvz., Juostos tarpą, skaidrumą ar spalvą. OPV ląstelės šiuo metu yra tik maždaug perpus efektyvesnės nei kristalinės silicio ląstelės ir turi trumpesnį veikimo laiką, tačiau gali būti pigesnės gaminti dideliais kiekiais. Jie taip pat gali būti naudojami įvairioms pagalbinėms medžiagoms, tokioms kaip lankstus plastikas, todėl OPV gali būti naudojamas įvairiems tikslams.
Kvantiniai taškai
Kvantinių taškų saulės elementai praleidžia elektros energiją per mažas, vos kelių nanometrų pločio puslaidininkinių medžiagų daleles, vadinamas kvantiniais taškais. Kvantiniai taškai suteikia naują būdą apdoroti puslaidininkines medžiagas, tačiau tarp jų sunku sukurti elektros ryšį, todėl šiuo metu jie nėra labai efektyvūs. Tačiau juos lengva padaryti saulės elementais. Jie gali būti dedami ant pagrindo naudojant gręžimo metodą, purškimą arba ritininius ritininius spausdintuvus, tokius kaip laikraščiams spausdinti.
Kvantiniai taškai yra įvairių dydžių, o jų juostos tarpas yra pritaikomas, todėl jie gali surinkti sunkiai užfiksuojamą šviesą ir būti suporuoti su kitais puslaidininkiais, pvz., Perovskitais, siekiant optimizuoti daugiafunkcinio saulės elemento veikimą (daugiau apie žemiau pateiktus).
MULTIJUNCTION PHOTOVOLTAICS
Kita PV elementų efektyvumo gerinimo strategija yra kelių puslaidininkių sluoksniavimas į makemultijunction saulės elementus. Šios ląstelės iš esmės yra skirtingų puslaidininkinių medžiagų kaminai, o ne vienos jungties elementai, turintys tik vieną puslaidininkį. Kiekvienas sluoksnis turi skirtingą juostos tarpą, todėl kiekvienas sugeria skirtingą Saulės spektro dalį, labiau išnaudodamas saulės šviesą nei vienos jungties ląstelės. Daugiafunkciniai saulės elementai gali pasiekti rekordinį efektyvumo lygį, nes šviesa, kurios nesugeria pirmasis puslaidininkinis sluoksnis, užfiksuojama po juo esančiu sluoksniu.
Nors visi saulės elementai, turintys daugiau nei vieną juostos tarpą, yra daugiafunkciniai saulės elementai, saulės elementas su lygiai dviem juostomis vadinamas tandeminiu saulės elementu. Daugiafunkciniai saulės elementai, jungiantys puslaidininkius iš III ir V stulpelių periodinėje lentelėje, vadinami daugiasluoksniais III-V saulės elementais.
Daugiafunkcinių saulės elementų efektyvumas buvo didesnis nei 45%, tačiau jie yra brangūs ir sunkiai pagaminami, todėl jie skirti kosmoso tyrimams. Kariuomenė naudoja III-V saulės elementus dronuose, o mokslininkai tiria kitus jų panaudojimo būdus, kai pagrindinis veiksnys yra didelis.
KONCENTRACINĖ FOTOVOLTAIKA
Koncentracijos PV, taip pat žinomas kaip CPV, sutelkia saulės šviesą į saulės elementą naudodami veidrodį ar lęšį. Sutelkiant saulės šviesą į nedidelį plotą, reikia mažiau PV medžiagos. PV medžiagos tampa efektyvesnės, kai šviesa tampa labiau koncentruota, todėl didžiausias bendras efektyvumas pasiekiamas naudojant CPV elementus ir modulius. Tačiau reikalingos brangesnės medžiagos, gamybos būdai ir galimybė stebėti saulės judėjimą, todėl reikiamo išlaidų pranašumo įrodymas, palyginti su šiandieniniais' didelio tūrio silicio moduliais, tapo sudėtingas.
