Co to są silikonowe ogniwa słoneczne?

Komórki słoneczne to urządzenia, które przekształcają energię światła na energię elektryczną. Aby poprawnie działać, komórki muszą być pokryte materiałem półprzewodnikowym, który może wchłonąć światło. Krzemowe ogniwa słoneczne są ogniwami słonecznymi, które są pokryte krzemionem i są najczęstszym typem. Komórki te są połączone szeregowo zwane modułami, a moduły są powiązane z utworzeniem tablicy, która wytwarza pożądane napięcie. Są one następnie umieszczane w ochronnym pojemniku za paneli szkła, które kierują światłem słonecznym do komórek.

Gdy światło uderza w panel słoneczny, fotony są pochłaniane przez materiał półprzewodnikowy. Elektrony są luźne i przepływają przez materiał wytwarzający energię elektryczną. Szereg krzemu ogniw słonecznych przekształca tę energię w prąd stały (DC) energii elektrycznej. W zintegrowanym systemie energia elektryczna jest następnie podawana do sieci elektrycznej za pomocą falowników. Samodzielne produkty słoneczne przechowują energię elektryczną w akumulatorach.

, podczas gdy krzem jestBardzo powszechny element, zwykle jest związany z krzemionką. Czysty krzem należy ekstrahować z krzemionki, a następnie przetworzyć w celu zwiększenia jego przewodności. Czysty krzem jest złym przewodnikiem energii elektrycznej, ale gdy dodaje się pewne zanieczyszczenia, zwykle atomy fosforowe, staje się doskonałym przewodnikiem. Przetwarzanie to przyciąga dużą energię i jest odpowiedzialne za wysokie koszty silikonowych ogniw słonecznych. Tradycyjnie wytwarzane komórki używają jednoczesnego krzemu w postaci luzem, który jest krojony na wafle.

Aby złagodzić koszty, naukowcy opracowali cienkie krzemionowe ogniwa słoneczne. Używają one tylko około jednego procentu krzemu, którego użyłby tradycyjna komórka, ale niestety są znacznie mniej wydajne. Opracowano komórki wykonane z wielu warstw cienkiej warstwy, które są tak wydajne jak droższe tradycyjne komórki, a jednocześnie utrzymują korzyści z niższych kosztów, jaśniejsza waga i większa elastyczność. Polikrystaliczne i amorficzne cienki film krzemowy to dodatkowe, niższe koszty.

Kolejnym wyzwaniem dla naukowców jest znalezienie sposobu na zwiększenie skuteczności silikonowych ogniw słonecznych. Światło słoneczne ma szeroki zakres długości fal zawierających fotony o szerokim zakresie energii. Niektóre z nich są zbyt słabe lub zbyt mocne, aby utworzyć parę elektronową, której należy uchwycić przez materiał półprzewodnikowy. Większość komórek jest tylko 15% wydajna, co oznacza, że ​​wychwytują tylko 15% energii elektrycznej dostępnej w świetle słonecznym, która przechodzi przez panele.

Prace odbywają się na całym świecie, aby znaleźć sposoby na zwiększenie wydajności i zmniejszenie kosztów silikonowych ogniw słonecznych. Znalezienie sposobów na zwiększenie wydajności cienkiej filmu, tym samym znacznie zmniejszając koszty, jest priorytetem finansowanego przez Unia Europejskiego projektu badawczego. Firma w Japonii opracowała silikonowe ogniwa słoneczne do stosowania w wielu produktach, które mają średnią wydajność25%. Boeing-Spectrolab, amerykańska korporacja opracowała silikonowe ogniwo słoneczne z krzem, która ma 40,7% wydajność.

Wymagane są badania i rozwój klaczy, zanim energia słoneczna stanie się głównym źródłem energii, ale jest to obszar, który otrzymuje międzynarodową uwagę i finansowanie. Wraz ze wzrostem kosztów i poprawy wydajności energia słoneczna może stać się znacznie bardziej powszechna. Nawet przy tych wyzwaniach silikonowe ogniwa słoneczne są już używane w różnych produktach. Obejmują one codzienne elementy, takie jak kalkulatory, latarki, ładowarki telefoniczne, fontanny wodne oraz domowe i komercyjne systemy gorącej wody.