Tankoslojne solarne ćelije

Do 85% solarnih ćelija na današnjem tržištu su kristalni solarni moduli. Međutim, stručnjaci uvjeravaju da se tehnologija tankog filma za proizvodnju solarnih ćelija pokazala učinkovitijom i stoga najperspektivnijom od već poznatih kristalnih modula.

Glavna prednost tehnologije tankog filma je niska cijena, zbog čega ima sve šanse postati lider u nadolazećim godinama. Moduli nove baze čine solarne panele fleksibilnim, u doslovnom smislu te riječi. Oni su lagani i fleksibilni, što vam omogućuje postavljanje takvih baterija doslovno na bilo koju površinu, uključujući površinu odjeće.

Fleksibilne solarne ćelije temelje se na polimernim filmovima, amorfnom siliciju, aluminiju, kadmijevom teluridu i drugim poluvodičima, koji se već koriste u proizvodnji prijenosnih punjača za mobilne telefone, prijenosna računala, tablete, video kamere i druge naprave, u obliku malih sklopivih solarne ćelije. Ali ako je potrebna veća snaga, tada će područje modula morati biti veće.

Prvi uzorci tankoslojnih solarnih ćelija izrađeni su s amorfnim silicijem nanesenim na podlogu, a učinkovitost je bila samo 4 do 5%, a životni vijek nije bio dug. Sljedeći korak iste tehnologije bio je povećanje učinkovitosti na 8% i produljenje životnog vijeka, postao je usporediv sa svojim kristalnim prethodnicima. Konačno, treća generacija modula tankog filma već je imala učinkovitost od 12%, što je već značajan napredak i konkurentnost.

Ovdje korišteni indij bakar selenid i kadmijev telurid omogućili su stvaranje fleksibilnih solarnih ćelija i prijenosnih punjača s učinkovitošću do 10%, a to je već značajno postignuće, s obzirom na to da se fizičari bore za svaki dodatni postotak učinkovitosti. Pogledajmo sada pobliže kako se proizvode tankoslojne baterije.

Što se tiče kadmijeva telurida, on se počeo proučavati kao materijal koji apsorbira svjetlost još 1970-ih, kada je trebalo pronaći najbolju opciju za korištenje u svemiru. Do danas, kadmijev telurid ostaje najperspektivniji za solarne ćelije. Međutim, pitanje toksičnosti kadmija još neko vrijeme ostaje otvoreno.

Kao rezultat istraživanja pokazalo se da je opasnost minimalna, razina kadmija ispuštena u atmosferu nije opasna. Učinkovitost je 11%, dok je cijena po vatu za trećinu niža od cijene analoga silicija.

Sada za bakar indij selenid. Značajna količina indija danas se koristi za izradu ravnih monitora, pa je indij ipak zamijenjen galijem, koji ima ista svojstva za solarna energija… Film baterije na ovoj osnovi postižu učinkovitost od 20%.

Nedavno su se počeli razvijati polimerni paneli.Ovdje organski poluvodiči služe kao materijali koji apsorbiraju svjetlost: ugljični fulereni, polifenilen, bakreni ftalocianin itd. Debljina solarne ćelije je 100 nm, ali je učinkovitost samo 5 do 6%. Ali u isto vrijeme, troškovi proizvodnje su prilično niski, filmovi su pristupačni, lagani i potpuno ekološki prihvatljivi. Iz tog su razloga ploče od smole popularne tamo gdje su važni ekološki prihvatljivost i mehanička fleksibilnost.

Dakle, učinkovitost tankoslojnih solarnih ćelija koje se danas proizvode:

• Monokristal — od 17 do 22%;

• Polikristal - od 12 do 18%;

• Amorfni silicij — 5 do 6%;

• Kadmijev telurid - od 10 do 12%;

• Bakar-indijev selenid - od 15 do 20%;

• Organski polimeri — 5 do 6%.

Koje su karakteristike tankoslojnih baterija? Prije svega, vrijedi istaknuti visoke performanse modula čak i pri difuznom svjetlu, što daje do 15% više snage tijekom godine u usporedbi s kristalnim analogama. Zatim dolazi prednost u troškovima proizvodnje. U sustavima velike snage, od 10 kW, moduli tankog filma pokazuju veću učinkovitost, iako je potrebna 2,5 puta veća površina.

Dakle, možemo navesti uvjete kada moduli tankog filma dobivaju opravdanu prednost. U regijama s pretežno oblačnim vremenom, tankoslojne baterije će raditi učinkovito (difuzno svjetlo). Za regije s vrućom klimom, tanki filmovi su učinkovitiji (djeluju jednako učinkovito na visokim temperaturama kao i na niskim temperaturama). Mogućnost korištenja kao dekorativna dizajnerska rješenja za završnu obradu fasada zgrada. Moguća je transparentnost do 20%, što opet ide na ruku dizajnerima.

U međuvremenu, 2008. godine američka tvrtka Solyndra predložila je postavljanje tankoslojnih baterija na cilindre, gdje se sloj fotoćelija nanosi na staklenu cijev koja se nalazi unutar druge cijevi opremljene električnim kontaktima. Materijali koji se koriste su bakar, selen, galij, indij.

Cilindrični dizajn omogućuje više apsorpcije svjetla, a set od 40 cilindara stane na metar od dva panela. Ovdje je naglasak da bijeli krovni premaz doprinosi visokoj učinkovitosti takvog rješenja, jer tada djeluju i reflektirane zrake, dodajući 20% svoje energije. Osim toga, cilindrični setovi su otporni čak i na jake vjetrove s udarima do 55 m / s.

Većina solarnih ćelija koje se danas proizvode sadrže samo jedan pn spoj, a fotoni s energijom manjom od zabranjenog pojasa jednostavno ne sudjeluju u stvaranju. Tada su se znanstvenici dosjetili kako prevladati to ograničenje, razvijeni su kaskadni elementi višeslojne strukture, gdje svaki sloj ima svoju širinu trake, odnosno svaki sloj ima zaseban pn spoj s individualnom vrijednošću energije apsorbirane fotoni.

Gornji sloj izrađen je od legure na bazi hidrogeniranog amorfnog silicija, drugi - slične legure s dodatkom germanija (10-15%), treći - s dodatkom 40 do 50% germanija. Dakle, svaki sljedeći sloj ima razmak uži od onog prethodnog sloja, a neapsorbirane fotone u gornjim slojevima apsorbiraju donji slojevi filma.

U ovom pristupu, cijena generirane energije je prepolovljena u usporedbi s tradicionalnim ćelijama od kristalnog silicija. Kao rezultat toga, s folijom u tri prolaza postignuta je učinkovitost od 31%, a folija s pet prolaza obećava svih 43%.

Nedavno su stručnjaci s Moskovskog državnog sveučilišta razvili solarne ćelije u obliku rola koje se temelje na polimeru nanesenom na fleksibilnu podlogu od organskog materijala. Pokazalo se da je učinkovitost samo 4%, ali takve baterije mogu raditi čak i na + 80 ° C 10 000 sati. Ove studije još nisu dovršene.

Švicarski znanstvenici postigli su učinkovitost od 20,4% na bazi polimera, a kao poluvodiči korišteni su indij, bakar, selen i galij. Danas je to rekord za elemente na tankom polimernom filmu.

U Japanu su postigli učinkovitost od 19,7% u sličnim (indij, selen, bakar) poluvodičima nanesenim prskanjem. A u Japanu su počeli proizvoditi solarnu tkaninu, solarni paneli od tkanine razvijeni su pomoću cilindričnih elemenata promjera oko 1,2 milimetra pričvršćenih na tkaninu. Početkom 2015. planirali su na toj osnovi pokrenuti proizvodnju konfekcije i suncobrana.

Očigledno je da će tankoslojni solarni paneli konačno postati opće dostupni stanovništvu u skoroj budućnosti.Nije uzalud tolika istraživanja u svijetu kako bi se smanjili troškovi.