Tankoplastne sončne celice

Do 85 % sončnih celic na današnjem trgu so kristalni solarni moduli. Strokovnjaki pa zagotavljajo, da se tankoplastna tehnologija izdelave sončnih celic izkaže za učinkovitejšo in zato najbolj obetavno od že znanih kristalnih modulov.

Glavna prednost tankoplastne tehnologije je nizka cena, zato ima vse možnosti, da v prihodnjih letih postane vodilna. Moduli nove baze naredijo solarne panele fleksibilne v dobesednem pomenu besede. So lahke in prilagodljive, kar vam omogoča, da takšne baterije postavite na dobesedno katero koli površino, vključno s površino oblačil.

Fleksibilne sončne celice temeljijo na polimernih filmih, amorfnem siliciju, aluminiju, kadmijevem teluridu in drugih polprevodnikih, ki se že uporabljajo v proizvodnji prenosnih polnilcev za mobilne telefone, prenosnike, tablice, video kamere in druge pripomočke, v obliki majhnih zložljivih sončne celice. Če pa je potrebna večja moč, bo morala biti površina modula večja.

Prvi vzorci tankoplastnih sončnih celic so bili narejeni z amorfnim silicijem, nanesenim na podlago, izkoristek pa je bil le 4 do 5 %, življenjska doba pa ni bila dolga. Naslednji korak iste tehnologije je bil povečanje učinkovitosti na 8% in podaljšanje življenjske dobe, postala je primerljiva s svojimi kristalnimi predhodniki. Končno je že tretja generacija tankoplastnih modulov imela 12-odstotni izkoristek, kar je že pomemben napredek in konkurenčnost.

Pri tem uporabljena indijev bakrov selenid in kadmijev telurid sta omogočila ustvarjanje fleksibilnih sončnih celic in prenosnih polnilnikov z izkoristkom do 10%, kar je že pomemben dosežek, glede na to, da se fiziki borijo za vsak dodaten odstotek izkoristka. Zdaj pa si poglejmo podrobneje, kako so izdelane tankoslojne baterije.

Kar zadeva kadmijev telurid, so ga začeli preučevati kot material, ki absorbira svetlobo, že v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je bilo treba najti najboljšo možnost za uporabo v vesolju. Do danes ostaja kadmijev telurid najbolj obetaven za sončne celice. Še nekaj časa pa ostaja odprto vprašanje toksičnosti kadmija.

Kot rezultat raziskave se je pokazalo, da je nevarnost minimalna, raven kadmija, izpuščenega v ozračje, ni nevarna. Učinkovitost je 11-odstotna, medtem ko je cena na vat za tretjino nižja od cene silicijevih analogov.

Zdaj pa bakrov indijev selenid. Znatna količina indija se danes uporablja za izdelavo monitorjev z ravnim zaslonom, zato se indij kljub temu nadomesti z galijem, ki ima enake lastnosti za sončna energija… Filmske baterije na tej osnovi dosegajo 20-odstotni izkoristek.

V zadnjem času so se začele razvijati polimerne plošče.Pri tem organski polprevodniki služijo kot materiali, ki absorbirajo svetlobo: ogljikovi fulereni, polifenilen, bakrov ftalocianin itd. Debelina sončne celice je 100 nm, vendar je učinkovitost le 5 do 6 %. A hkrati so proizvodni stroški precej nizki, filmi so cenovno dostopni, lahki in popolnoma okolju prijazni. Zaradi tega so plošče iz smole priljubljene tam, kjer sta pomembni okolju prijaznost in mehanska fleksibilnost.

Torej učinkovitost tankoslojnih sončnih celic, ki se proizvajajo danes:

• Monokristal - od 17 do 22%;

• Polikristal - od 12 do 18%;

• Amorfni silicij - 5 do 6%;

• Kadmijev telurid - od 10 do 12%;

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

• Organski polimeri - 5 do 6%.

Kakšne so značilnosti tankoslojnih baterij? Najprej je treba omeniti visoko zmogljivost modulov tudi pri razpršeni svetlobi, ki daje do 15% več moči med letom v primerjavi s kristalnimi analogi. Sledi prednost proizvodnih stroškov. V sistemih z visoko močjo, od 10 kW, imajo tankoplastni moduli večjo učinkovitost, čeprav je potrebna 2,5-krat večja površina.

Tako lahko poimenujemo pogoje, ko imajo tankoplastni moduli upravičeno prednost. V regijah s pretežno oblačnim vremenom bodo tankoslojne baterije delovale učinkovito (difuzna svetloba). Za regije z vročim podnebjem so tanki filmi bolj učinkoviti (delujejo enako učinkovito pri visokih temperaturah kot pri nizkih temperaturah). Možnost uporabe kot dekorativne oblikovalske rešitve za zaključek fasad stavb. Možna je prosojnost do 20%, kar spet gre na roko oblikovalcem.

Medtem je leta 2008 ameriško podjetje Solyndra predlagalo namestitev tankoplastnih baterij na valje, kjer je plast fotocelice nanešena na stekleno cev, ki je nameščena znotraj druge cevi, opremljene z električnimi kontakti. Uporabljeni materiali so baker, selen, galij, indij.

Cilindrična zasnova omogoča večjo absorbcijo svetlobe, na meter dveh plošč pa se prilega komplet 40 valjev. Poudarek pri tem je, da beli strešni premaz prispeva k visoki učinkovitosti takšne rešitve, saj takrat delujejo tudi odbiti žarki, ki dodajo 20% svoje energije. Poleg tega so cilindrični kompleti odporni tudi na močan veter s sunki do 55 m/s.

Večina danes proizvedenih sončnih celic vsebuje samo en pn spoj in fotoni z energijo, manjšo od pasovne vrzeli, preprosto ne sodelujejo pri nastajanju. Nato so se znanstveniki domislili, kako preseči to omejitev, razviti so bili kaskadni elementi večplastne strukture, kjer ima vsaka plast svojo pasovno širino, to pomeni, da ima vsaka plast ločen pn spoj z individualno vrednostjo absorbirane energije. fotoni.

Zgornja plast je izdelana iz zlitine na osnovi hidrogeniranega amorfnega silicija, druga - podobna zlitina z dodatkom germanija (10-15%), tretja - z dodatkom 40 do 50% germanija. Tako ima vsaka naslednja plast ožjo režo kot prejšnja plast, neabsorbirane fotone v zgornjih plasteh pa absorbirajo spodnje plasti filma.

Pri tem pristopu je strošek proizvedene energije prepolovljen v primerjavi s tradicionalnimi celicami iz kristalnega silicija. Posledično je bil dosežen 31-odstotni izkoristek s folijo s tremi prehodi, folija s petimi prehodi pa obljublja vseh 43 %.

Pred kratkim so strokovnjaki z Moskovske državne univerze razvili rolo sončne celice na osnovi polimera, ki je nanesen na prožno podlago iz organskega materiala. Izkazalo se je, da je učinkovitost le 4%, vendar lahko takšne baterije delujejo tudi pri + 80 ° C 10.000 ur. Te študije še niso zaključene.

Švicarski znanstveniki so dosegli 20,4-odstotno učinkovitost na polimerni osnovi, kot polprevodnike pa so uporabili indij, baker, selen in galij. Danes je to rekord za elemente na tankem polimernem filmu.

Na Japonskem so dosegli 19,7-odstotno učinkovitost pri podobnih (indij, selen, baker) polprevodnikih, nanesenih z naprševanjem. In na Japonskem so začeli proizvajati solarno tkanino, sončne celice iz blaga so razvili z uporabo valjastih elementov premera približno 1,2 milimetra, pritrjenih na tkanino. V začetku leta 2015 so na tej osnovi načrtovali zagon proizvodnje oblačil in senčnikov.

Očitno je, da bodo tankoplastni sončni kolektorji v bližnji prihodnosti končno postali splošno dostopni prebivalstvu.Ni zaman, da se po svetu izvaja toliko raziskav, da bi zmanjšali stroške.