Vad är silikonsolceller?
Solceller är enheter som omvandlar ljusenergi till elektrisk energi. För att fungera korrekt måste cellerna täckas med ett halvledarmaterial som kan absorbera ljuset. Solisolceller är solceller som är belagda med kisel och är den vanligaste typen som används. Dessa celler är anslutna i serier som kallas moduler, och modulerna är sammankopplade för att bilda en matris som producerar önskad spänning. Dessa placeras sedan i en skyddande behållare bakom glaspaneler som riktar solljuset till cellerna.
När ljuset träffar solpanelen absorberas fotonerna av halvledarmaterialet. Elektronerna slås loss och flödar genom materialet som producerar elektricitet. En mängd silikonsolceller konverterar denna energi till likström (DC) elektricitet. I ett integrerat system matas sedan elen in i elnätet med växelriktare. Fristående solprodukter lagrar el i batterier.
Medan kisel är ett mycket vanligt element är det vanligtvis bundet i kiseldioxid. Det rena kislet måste extraheras från kiseldioxiden och sedan bearbetas för att öka dess konduktivitet. Ren kisel är en dålig elektrisk ledare, men när vissa föroreningar tillsätts, vanligtvis fosforatomer, blir det en utmärkt ledare. Denna bearbetning expanderar mycket energi och ansvarar för de höga kostnaderna för kiselsolceller. Traditionellt tillverkade celler använder enkelkristall-kisel i bulkform som skärs i skivor.
För att hjälpa till att minska kostnaderna har forskare utvecklat tunnfilmssilikonsolceller. Dessa använder bara ungefär en procent av det kisel som en traditionell cell skulle använda, men tyvärr är de mycket mindre effektiva. Celler tillverkade med flera lager tunnfilm har utvecklats som är lika effektiva som de dyrare traditionella cellerna, och som ändå bibehåller fördelarna med lägre kostnad, lättare vikt och större flexibilitet. Polykristallina och amorfa tunna filmkiselceller är ytterligare alternativ till lägre kostnad.
En annan utmaning för forskare är att hitta ett sätt att öka effektiviteten hos kiselsolceller. Solljus har ett brett spektrum av våglängder som innehåller fotoner med ett brett spektrum av energier. Vissa av dessa är för svaga eller för starka för att bilda det elektronhåliga paret som krävs för att fångas av halvledarmaterialet. De flesta celler är bara 15% effektiva, vilket innebär att de bara fångar upp 15% av den elektriska energin som finns i solljuset som passerar genom panelerna.
Allt arbete görs för att hitta sätt att öka effektiviteten och minska kostnaden för kiselsolceller. Att hitta sätt att öka tunnfilmseffektiviteten och därigenom sänka kostnaden kraftigt, är en prioritering av ett EU-finansierat forskningsprojekt. Ett företag i Japan har utvecklat kiselsolceller för användning i flera produkter som har en genomsnittlig effektivitet på 25%. Boeing-Spectrolab, ett amerikanskt företag har utvecklat en koncentrationssilikonsolcell som har 40,7% effektivitet.
Mareforskning och -utveckling krävs innan solenergi blir en primär energikälla, men detta är ett område som får internationell uppmärksamhet och finansiering. När kostnaden minskar och effektiviteten förbättras kan solenergi bli mycket vanligare. Även med dessa utmaningar används kiselsolceller redan i en mängd olika produkter. Dessa inkluderar varje dag artiklar som miniräknare, ficklampor, telefonladdare, vatten fontäner och inhemska och kommersiella varmvatten system.