Co jsou to křemíkové solární články?

Solární články jsou zařízení, která přeměňují světelnou energii na elektrickou energii. Pro správnou funkci musí být buňky pokryty polovodičovým materiálem, který může absorbovat světlo. Křemíkové solární články jsou solární články, které jsou potaženy křemíkem a jsou nejčastěji používaným typem. Tyto buňky jsou propojeny v sérii nazývaných moduly a moduly jsou vzájemně propojeny, aby vytvořily pole, které vytváří požadované napětí. Ty se poté umístí do ochranného obalu za skleněnými panely, které směrují sluneční světlo do buněk.

Když světlo dopadne na solární panel, jsou fotony absorbovány polovodičovým materiálem. Elektrony jsou sraženy a protékají materiálem produkujícím elektřinu. Pole křemíkových solárních článků převádí tuto energii na jednosměrný proud (DC). V integrovaném systému je elektřina dodávána do elektrické sítě pomocí střídačů. Samostatné solární produkty ukládají elektřinu v bateriích.

Zatímco křemík je velmi častým prvkem, obvykle je vázán v silice. Čistý křemík musí být extrahován z oxidu křemičitého a poté zpracován, aby se zvýšila jeho vodivost. Čistý křemík je špatným vodičem elektřiny, ale když jsou přidány určité nečistoty, obvykle atomy fosforu, stane se vynikajícím vodičem. Toto zpracování vynakládá velké množství energie a je zodpovědné za vysoké náklady na silikonové solární články. Tradičně vyráběné buňky používají monokrystalický křemík v sypké formě, která je nakrájena na oplatky.

Aby vědci pomohli zmírnit náklady, vyvinuli silikonové solární články z tenkého filmu. Tito používají jen asi jedno procento křemíku tradiční buňka by používala, ale bohužel, oni jsou hodně méně efektivní. Byly vyvinuty buňky vyrobené z více vrstev tenkého filmu, které jsou stejně účinné jako dražší tradiční buňky, a přitom si zachovávají výhody nižší ceny, nižší hmotnosti a větší flexibility. Polykrystalické a amorfní křemíkové články z tenkého filmu jsou další, levnější možnosti.

Další výzvou pro vědce je najít způsob, jak zvýšit účinnost silikonových solárních článků. Sluneční světlo má širokou škálu vlnových délek obsahujících fotony se širokou škálou energií. Některé z nich jsou příliš slabé nebo příliš silné na to, aby vytvořily pár elektronových děr, který musí být zachycen polovodičovým materiálem. Většina článků je účinná pouze 15%, což znamená, že zachycují pouze 15% elektrické energie dostupné na slunci, které prochází panely.

Na celém světě se pracuje na nalezení způsobů, jak zvýšit účinnost a snížit náklady na křemíkové solární články. Hledání způsobů, jak zvýšit účinnost tenkých vrstev, a tím výrazně snížit náklady, je prioritou výzkumného projektu financovaného Evropskou unií. Společnost v Japonsku vyvinula silikonové solární články pro použití ve více produktech, které mají průměrnou účinnost 25%. Americká společnost Boeing-Spectrolab vyvinula silikonový solární článek koncentrátoru, který má účinnost 40,7%.

Než se sluneční energie stane primárním zdrojem energie, je nutný výzkum a vývoj v oblasti Mare, přesto je to oblast, která dostává mezinárodní pozornost a financování. Se snižováním nákladů a zlepšováním účinnosti se může solární energie stát mnohem běžnější. I s těmito výzvami se křemíkové solární články již používají v různých výrobcích. Patří sem každý den položky, jako jsou kalkulačky, svítilny, nabíječky telefonů, vodní fontány a domácí a komerční teplovodní systémy.