Tyndfilm solceller

Op til 85 % af solcellerne på markedet i dag er krystallinske solcellemoduler. Eksperter forsikrer dog, at tyndfilmsteknologien til produktion af solceller viser sig at være mere effektiv og derfor den mest lovende af de allerede kendte krystalmoduler.

Den største fordel ved tyndfilmsteknologi er dens lave omkostninger, hvorfor den har alle muligheder for at blive førende i de kommende år. Modulerne i den nye base gør solpaneler fleksible i ordets bogstavelige forstand. De er lette og fleksible, hvilket giver dig mulighed for at placere sådanne batterier på bogstaveligt talt enhver overflade, inklusive overfladen af ​​tøj.

Fleksible solceller er baseret på polymerfilm, amorft silicium, aluminium, cadmiumtellurid og andre halvledere, som allerede bruges i produktionen af ​​bærbare opladere til mobiltelefoner, bærbare computere, tablets, videokameraer og andre gadgets, i form af små foldbare solceller. Men hvis der kræves mere strøm, skal modulets areal være større.

De første prøver af tyndfilmssolceller blev lavet med amorft silicium aflejret på et substrat, og effektiviteten var kun 4 til 5%, og levetiden var ikke lang. Næste trin i den samme teknologi var at øge effektiviteten til 8% og forlænge levetiden, den blev sammenlignelig med sine krystalforgængere. Endelig havde tredje generation af tyndfilmsmoduler allerede en effektivitet på 12 %, hvilket allerede er et betydeligt fremskridt og konkurrenceevne.

Indiumkobberselenid og cadmiumtellurid, der er brugt her, har gjort det muligt at skabe fleksible solceller og bærbare opladere med en effektivitet på op til 10 %, og dette er allerede en betydelig præstation, når man tager i betragtning, at fysikere kæmper for hver ekstra procentdel af effektiviteten. Lad os nu se nærmere på, hvordan tyndfilmsbatterier er lavet.

Hvad angår cadmiumtellurid, begyndte det at blive undersøgt som et lysabsorberende materiale tilbage i 1970'erne, hvor det var nødvendigt at finde den bedste mulighed for brug i rummet. Den dag i dag er cadmiumtellurid det mest lovende for solceller. Spørgsmålet om cadmiumtoksicitet er dog åbent i nogen tid.

Som et resultat af forskningen blev det vist, at faren er minimal, niveauet af cadmium, der frigives til atmosfæren, er ikke farligt. Effektiviteten er 11 %, mens prisen per watt er en tredjedel lavere end for siliciumanaloger.

Nu til kobberindiumselenid. En betydelig mængde indium bruges i dag til at lave fladskærme, så indium erstattes alligevel af gallium, som har samme egenskaber for solenergi… Filmbatterier opnår på dette grundlag en effektivitet på 20 %.

For nylig er polymerpaneler begyndt at blive udviklet.Her tjener organiske halvledere som lysabsorberende materialer: kulstoffullerener, polyphenylen, kobberphthalocyanin osv. Tykkelsen af ​​solcellen er 100 nm, men effektiviteten er kun 5 til 6%. Men samtidig er produktionsomkostningerne ret lave, film er overkommelige, lette og fuldstændig miljøvenlige. Af denne grund er harpikspaneler populære, hvor miljøvenlighed og mekanisk fleksibilitet er vigtig.

Så effektiviteten af ​​tyndfilmssolceller fremstillet i dag:

• Enkelt krystal - fra 17 til 22%;

• Polykrystal - fra 12 til 18%;

• Amorft silicium - 5 til 6%;

• Cadmiumtellurid - fra 10 til 12%;

• Kobber-indium selenid - fra 15 til 20%;

• Organiske polymerer - 5 til 6%.

Hvad er egenskaberne ved tyndfilmsbatterier? Først og fremmest er det værd at bemærke modulernes høje ydeevne selv i diffust lys, som giver op til 15% mere strøm i løbet af året sammenlignet med krystalanaloger. Dernæst kommer produktionsomkostningsfordelen. I højeffektsystemer, fra 10 kW, viser tyndfilmsmoduler større effektivitet, selvom der er behov for 2,5 gange mere areal.

Således kan vi nævne forholdene, når tyndfilmsmoduler opnår en berettiget fordel. I områder med overvejende overskyet vejr vil tyndfilmsbatterier fungere effektivt (diffust lys). For regioner med varmt klima er tynde film mere effektive (de virker lige så effektivt ved høje temperaturer som ved lave temperaturer). Mulighed for brug som dekorative designløsninger til efterbehandling af bygningers facader. Gennemsigtighed på op til 20% er mulig, hvilket igen spiller designerne i hænderne.

I mellemtiden foreslog det amerikanske firma Solyndra i 2008 at placere tyndfilmsbatterier på cylindre, hvor et lag fotocelle påføres et glasrør, der er placeret inde i et andet rør udstyret med elektriske kontakter. De anvendte materialer er kobber, selen, gallium, indium.

Det cylindriske design tillader mere lys at blive absorberet, og et sæt på 40 cylindre passer pr. meter af to paneler. Højdepunktet her er, at den hvide tagbelægning bidrager til den høje effektivitet af en sådan løsning, for så virker de reflekterede stråler også og tilføjer 20% af deres energi. Derudover er de cylindriske sæt modstandsdygtige selv over for hård vind med vindstød på op til 55 m/s.

De fleste solceller, der fremstilles i dag, indeholder kun én pn-forbindelse, og fotoner med energi mindre end båndgabet deltager simpelthen ikke i genereringen. Derefter fandt forskere på en måde at overvinde denne begrænsning på, kaskadeelementer af en flerlagsstruktur blev udviklet, hvor hvert lag har sin egen båndbredde, det vil sige, at hvert lag har en separat pn-forbindelse med en individuel værdi af energien fra det absorberede fotoner.

Det øverste lag er dannet af en legering baseret på hydrogeneret amorft silicium, det andet - en lignende legering med tilsætning af germanium (10-15%), det tredje - med tilsætning af 40 til 50% germanium. Hvert efterfølgende lag har således et mellemrum, der er smallere end det foregående lag, og de uabsorberede fotoner i de øverste lag absorberes af de underliggende lag af filmen.

I denne tilgang er omkostningerne ved genereret energi halveret sammenlignet med traditionelle krystallinske siliciumceller. Som et resultat blev der opnået en effektivitet på 31% med en tre-pass film, og en fem-pass film lover hele 43%.

For nylig har specialister fra Moscow State University udviklet solceller af rulletype baseret på en polymer påført et fleksibelt substrat af organisk materiale. Effektiviteten viste sig kun at være 4%, men sådanne batterier kan arbejde selv ved + 80 ° C i 10.000 timer. Disse undersøgelser er endnu ikke afsluttet.

Schweiziske videnskabsmænd opnåede en effektivitet på 20,4% på polymerbasis, og indium, kobber, selen og gallium blev brugt som halvledere. I dag er dette rekord for grundstoffer på en tynd polymerfilm.

I Japan opnåede de 19,7 % effektivitet i lignende (indium, selen, kobber) sputterdeponerede halvledere. Og i Japan begyndte de at producere solcellestof, stofsolpaneler blev udviklet ved hjælp af cylindriske elementer omkring 1,2 millimeter i diameter fastgjort til stoffet. I starten af ​​2015 planlagde de at starte produktionen af ​​tøj og parasoller på dette grundlag.

Det er indlysende, at tyndfilmssolpaneler endelig vil blive almindeligt tilgængelige for befolkningen i den nærmeste fremtid.Det er ikke for ingenting, at der udføres så meget forskning rundt omkring i verden for at reducere omkostningerne.