Mga solar cell ng manipis na pelikula

Hanggang sa 85% ng mga solar cell sa merkado ngayon ay mala-kristal na solar module. Gayunpaman, tinitiyak ng mga eksperto na ang teknolohiya ng manipis na pelikula para sa paggawa ng mga solar cell ay nagiging mas mahusay at samakatuwid ay ang pinaka-maaasahan sa mga kilalang kristal na module.

Ang pangunahing bentahe ng teknolohiya ng thin-film ay ang mababang halaga nito, kaya naman mayroon itong bawat pagkakataon na maging pinuno sa mga darating na taon. Ginagawang flexible ng mga module ng bagong base ang mga solar panel, sa literal na kahulugan ng salita. Ang mga ito ay magaan at nababaluktot, na nagbibigay-daan sa iyo upang ilagay ang mga naturang baterya sa literal na anumang ibabaw, kabilang ang ibabaw ng damit.

Ang mga flexible solar cell ay batay sa mga polymer film, amorphous silicon, aluminum, cadmium telluride at iba pang semiconductors, na ginagamit na sa paggawa ng mga portable charger para sa mga mobile phone, laptop, tablet, video camera at iba pang mga gadget, sa anyo ng maliit na foldable solar cells. Ngunit kung kailangan ng mas maraming kapangyarihan, kung gayon ang lugar ng module ay kailangang mas malaki.

Ang mga unang sample ng thin-film solar cells ay ginawa gamit ang amorphous silicon na idineposito sa isang substrate, at ang kahusayan ay 4 hanggang 5% lamang, at ang buhay ng serbisyo ay hindi mahaba. Ang susunod na hakbang ng parehong teknolohiya ay upang taasan ang kahusayan sa 8% at pahabain ang buhay ng serbisyo, ito ay naging maihahambing sa mga kristal na nauna nito. Sa wakas, ang ikatlong henerasyon ng mga module ng manipis na pelikula ay mayroon nang kahusayan na 12%, na isa nang makabuluhang pagsulong at pagiging mapagkumpitensya.

Ang indium copper selenide at cadmium telluride na ginamit dito ay naging posible na lumikha ng mga flexible solar cell at portable charger na may kahusayan na hanggang 10%, at isa na itong makabuluhang tagumpay, kung isasaalang-alang na ang mga physicist ay nakikipaglaban para sa bawat karagdagang porsyento ng kahusayan. Ngayon tingnan natin nang mabuti kung paano ginawa ang mga baterya ng manipis na pelikula.

Tulad ng para sa cadmium telluride, nagsimula itong pag-aralan bilang isang materyal na sumisipsip ng liwanag noong 1970s, kung kailan kinakailangan upang mahanap ang pinakamahusay na opsyon para sa paggamit sa kalawakan. Hanggang ngayon, ang cadmium telluride ay nananatiling pinaka-promising para sa mga solar cell. Gayunpaman, ang tanong ng toxicity ng cadmium ay nananatiling bukas sa loob ng ilang panahon.

Bilang resulta ng pananaliksik, ipinakita na ang panganib ay minimal, ang antas ng cadmium na inilabas sa kapaligiran ay hindi mapanganib. Ang kahusayan ay 11%, habang ang presyo sa bawat watt ay isang ikatlong mas mababa kaysa sa mga analogue ng silikon.

Ngayon para sa copper indium selenide. Ang isang malaking halaga ng indium ngayon ay ginagamit upang lumikha ng mga flat panel monitor, kaya ang indium ay papalitan ng gallium, na may parehong mga katangian para sa enerhiyang solar… Ang mga baterya ng pelikula sa batayan na ito ay nakakamit ng kahusayan na 20%.

Kamakailan lamang, ang mga panel ng polimer ay nagsimulang mabuo.Dito, ang mga organic semiconductors ay nagsisilbing light-absorbing material: carbon fullerenes, polyphenylene, copper phthalocyanine, atbp. Ang kapal ng solar cell ay 100 nm, ngunit ang kahusayan ay 5 hanggang 6% lamang. Ngunit sa parehong oras, ang mga gastos sa produksyon ay medyo mababa, ang mga pelikula ay abot-kaya, magaan at ganap na kapaligiran. Para sa kadahilanang ito, sikat ang mga panel ng resin kung saan mahalaga ang pagiging friendly sa kapaligiran at mekanikal na kakayahang umangkop.

Kaya ang kahusayan ng thin film solar cells na ginawa ngayon:

• Isang kristal - mula 17 hanggang 22%;

• Polycrystal - mula 12 hanggang 18%;

• Amorphous silikon - 5 hanggang 6%;

• Cadmium telluride — mula 10 hanggang 12%;

• Copper-indium selenide - mula 15 hanggang 20%;

• Mga organikong polimer - 5 hanggang 6%.

Ano ang mga katangian ng mga baterya ng manipis na pelikula? Una sa lahat, ito ay nagkakahalaga ng pagpuna sa mataas na pagganap ng mga module kahit na sa diffused light, na nagbibigay ng hanggang sa 15% na mas maraming kapangyarihan sa taon kumpara sa mga kristal na analogue. Susunod ay ang kalamangan sa gastos ng pagmamanupaktura. Sa mga high-power system, mula sa 10 kW, ang mga module ng manipis na pelikula ay nagpapakita ng higit na kahusayan, bagaman 2.5 beses na mas maraming lugar ang kinakailangan.

Kaya, maaari nating pangalanan ang mga kundisyon kapag ang mga module ng thin-film ay nakakuha ng makatwirang kalamangan. Sa mga rehiyon na halos maulap ang panahon, ang mga baterya ng manipis na pelikula ay gagana nang mahusay (nagkakalat na liwanag). Para sa mga rehiyon na may mainit na klima, ang mga manipis na pelikula ay mas mahusay (ang mga ito ay gumagana nang kasing epektibo sa mataas na temperatura tulad ng sa mababang temperatura). Posibilidad ng paggamit bilang pandekorasyon na mga solusyon sa disenyo para sa pagtatapos ng mga facade ng mga gusali. Posible ang transparency hanggang 20%, na muling gumaganap sa mga kamay ng mga designer.

Samantala, noong 2008, iminungkahi ng Amerikanong kumpanya na Solyndra ang paglalagay ng mga thin-film na baterya sa mga cylinder, kung saan ang isang layer ng photocell ay inilalapat sa isang glass tube na inilalagay sa loob ng isa pang tube na nilagyan ng mga electrical contact. Ang mga materyales na ginamit ay tanso, selenium, gallium, indium.

Ang cylindrical na disenyo ay nagbibigay-daan sa mas maraming liwanag na masipsip, at isang set ng 40 cylinders ay umaangkop sa bawat metro ng dalawang panel. Ang highlight dito ay ang puting patong ng bubong ay nag-aambag sa mataas na kahusayan ng naturang solusyon, dahil pagkatapos ay gumagana din ang mga sinasalamin na sinag, na nagdaragdag ng 20% ​​ng kanilang enerhiya. Bilang karagdagan, ang mga cylindrical set ay lumalaban kahit na sa malakas na hangin na may pagbugso na hanggang 55 m / s.

Karamihan sa mga solar cell na ginawa ngayon ay naglalaman lamang ng isang pn junction, at ang mga photon na may enerhiya na mas mababa kaysa sa band gap ay hindi nakikilahok sa henerasyon. Pagkatapos ang mga siyentipiko ay gumawa ng isang paraan upang malampasan ang limitasyong ito, ang mga elemento ng cascade ng isang multilayer na istraktura ay binuo, kung saan ang bawat layer ay may sariling lapad ng banda, iyon ay, ang bawat layer ay may hiwalay na pn junction na may indibidwal na halaga ng enerhiya ng hinihigop. mga photon.

Ang itaas na layer ay nabuo mula sa isang haluang metal batay sa hydrogenated amorphous na silikon, ang pangalawa - isang katulad na haluang metal na may pagdaragdag ng germanium (10-15%), ang pangatlo - na may pagdaragdag ng 40 hanggang 50% na germanium. Kaya, ang bawat sunud-sunod na layer ay may isang puwang na mas makitid kaysa sa naunang layer, at ang hindi sinisipsip na mga photon sa itaas na mga layer ay hinihigop ng mga pinagbabatayan na mga layer ng pelikula.

Sa pamamaraang ito, ang halaga ng nabuong enerhiya ay hinahati kumpara sa tradisyonal na mala-kristal na mga selulang silikon. Bilang resulta, ang kahusayan ng 31% ay nakamit sa isang three-pass na pelikula, at ang isang five-pass na pelikula ay nangangako ng lahat ng 43%.

Kamakailan, ang mga espesyalista mula sa Moscow State University ay bumuo ng mga roll-type na solar cell batay sa isang polymer na inilapat sa isang nababaluktot na substrate ng organikong materyal. Ang kahusayan ay naging 4% lamang, ngunit ang mga naturang baterya ay maaaring gumana kahit na sa + 80 ° C sa loob ng 10,000 na oras. Ang mga pag-aaral na ito ay hindi pa tapos.

Nakamit ng mga Swiss scientist ang kahusayan na 20.4% sa isang polymer na batayan, at ang indium, tanso, selenium at gallium ay ginamit bilang mga semiconductors. Ngayon, ito ay isang talaan para sa mga elemento sa isang manipis na polymer film.

Sa Japan, nakamit nila ang 19.7% na kahusayan sa katulad na (indium, selenium, copper) sputter na idineposito na mga semiconductor. At sa Japan nagsimula silang gumawa ng solar fabric, ang mga telang solar panel ay binuo gamit ang mga cylindrical na elemento na mga 1.2 millimeters ang diameter na nakakabit sa tela. Sa simula ng 2015, pinlano nilang simulan ang paggawa ng damit at sunshades sa batayan na ito.

Malinaw na ang mga thin-film solar panel ay sa wakas ay magiging available na sa populasyon sa malapit na hinaharap. Hindi para sa wala ang napakaraming pananaliksik na isinasagawa sa buong mundo upang mabawasan ang mga gastos.