Извор: ввв.енерги.гов
Када светлост сија на фотонапонску (ПВ) ћелију - која се назива и соларна ћелија - та светлост се може одбити, апсорбовати или проћи кроз ћелију. ПВ ћелија се састоји од полупроводничког материјала; „полу” значи да може проводити електричну струју боље од изолатора, али не и као добар проводник попут метала. Постоји неколико различитих полуводичких материјала који се користе у ПВ ћелијама.
Када је полупроводник изложен светлости, он апсорбује светлосну енергију и преноси је на негативно наелектрисане честице у материјалу званом електрони. Ова додатна енергија омогућава електронима да теку кроз материјал као електрична струја. Ова струја се извлачи кроз проводљиве металне контакте-мреже сличне мрежи на соларним ћелијама-и тада се може користити за напајање вашег дома и остатка електричне мреже.
Ефикасност фотонапонске ћелије је једноставно количина електричне енергије која излази из ћелије у поређењу са енергијом светлости која на њу сија, што показује колико је ћелија ефикасна у претварању енергије из једног облика у други. Количина произведене електричне енергије из ПВ ћелија зависи од карактеристика (као што су интензитет и таласне дужине) доступне светлости и више атрибута перформанси ћелије.
Важно својство ПВ полупроводника је пропусни опсег, који показује које таласне дужине светлости материјал може да апсорбује и претвори у електричну енергију. Ако распон полупроводника одговара таласним дужинама светлости која сија на ПВ ћелији, онда та ћелија може ефикасно да искористи сву расположиву енергију.
У наставку сазнајте више о најчешће коришћеним полупроводничким материјалима за ПВ ћелије.
СИЛИЦОН
Силицонис, далеко најчешћи полуводички материјал који се користи у соларним ћелијама, представља приближно 95% данас продатих модула. То је такође други по заступљености материјал на Земљи (после кисеоника) и најчешћи полупроводник који се користи у рачунарским чиповима. Кристалне силицијумске ћелије су направљене од атома силицијума који су међусобно повезани да формирају кристалну решетку. Ова решетка пружа организовану структуру која претвара светлост у електричну енергију ефикаснијом.
Соларне ћелије направљене од силицијума тренутно пружају комбинацију високе ефикасности, ниске цене и дугог века трајања. Очекује се да ће модули трајати 25 или више година, а да ће и након тога произвести више од 80% своје изворне снаге.
ТОНФИЛМСКЕ ФОТОВОЛТАИКЕ
Соларна ћелија са танким филмом направљена је наношењем једног или више танких слојева ПВ материјала на носећи материјал, попут стакла, пластике или метала. Данас су на тржишту две главне врсте танкослојних ПВ полупроводника: кадмијум телурид (ЦдТе) и бакарни индијум галијум диселенид (ЦИГС). Оба материјала се могу одложити директно на предњу или задњу страну модула.
ЦдТе је други најчешћи ПВ материјал након силиција, а ЦдТе ћелије се могу направити помоћу јефтиних производних процеса. Иако их ово чини исплативом алтернативом, њихова ефикасност још увек није толико велика као силицијум. ЦИГС ћелије имају оптимална својства за ПВ материјал и високу ефикасност у лабораторији, али сложеност комбиновања четири елемента чини прелазак из лабораторије у производњу још изазовнијим. И ЦдТе и ЦИГС захтевају већу заштиту од силицијума како би омогућили дуготрајан рад на отвореном.
ПЕРОВСКИТЕ ПХОТОВОЛТАИЦС
Перовскитесоларне ћелије су врста танкослојних ћелија и назване су по карактеристичној кристалној структури. Ћелије перовскита изграђене су од слојева материјала који су одштампани, премазани или вакуумски депоновани на подложни слој, познат каоподлога.Обично се лако састављају и могу постићи ефикасност сличну кристалном силицијуму. У лабораторији, ефикасност перовскитних соларних ћелија побољшала се брже од било ког другог ПВ материјала, са 3% у 2009. на преко 25% у 2020. Да би биле комерцијално одрживе, ПВ ћелије из перовскита морају постати довољно стабилне да преживе 20 година на отвореном, па су истраживачи раде на томе да их учине издржљивијима и развијају велике, јефтине производне технике.
ОРГАНСКА ФОТОВОЛТАИКА
Органске ПВ или ОПВ ћелије се састоје од (органских) једињења богатих угљеником и могу бити прилагођене тако да побољшају специфичне функције ПВ ћелија, као што су пропусни опсег, провидност или боја. ОПВ ћелије су тренутно само упола мање ефикасне од ћелија са кристалним силицијумом и имају краћи радни век, али би могле бити јефтиније за производњу у великим количинама. Такође се могу применити на разне пратеће материјале, као што је флексибилна пластика, чинећи ОПВ способним за широку употребу.
КВАНТНЕ ТАЧКЕ
Соларне ћелије са квантном тачком проводе електричну енергију кроз ситне честице различитих полупроводничких материјала широке само неколико нанометара, назване квантне тачке. Квантне тачке пружају нови начин обраде полупроводничких материјала, али је тешко успоставити електричну везу између њих, тако да тренутно нису веома ефикасне. Међутим, од њих се лако може направити соларне ћелије. Могу се одложити на подлогу користећи метод спин-цоат, спреј или ролл-то-ролл штампаче попут оних за штампање новина.
Квантне тачке долазе у различитим величинама, а њихов пропусни опсег је прилагодљив, омогућавајући им да сакупљају светлост коју је тешко ухватити и да се упарују са другим полупроводницима, попут перовскита, ради оптимизације перформанси вишеструке соларне ћелије (више о онима испод).
ВИШЕСТРУКА ФОТОВОЛТАИКА
Друга стратегија за побољшање ефикасности фотонапонских ћелија је наношење више полупроводника на више соларних ћелија. Ове ћелије су у суштини гомиле различитих полупроводничких материјала, за разлику од ћелија са једним спојем, које имају само један полупроводник. Сваки слој има другачији пропусни опсег, тако да сваки апсорбује различит део соларног спектра, што више користи сунчеву светлост него ћелије са једним спојем. Соларне ћелије са више спојева могу достићи рекордне нивое ефикасности јер светлост коју не апсорбује први слој полупроводника хвата слој испод ње.
Док су све соларне ћелије са више размака појаса вишеспремне соларне ћелије, соларна ћелија са тачно два појаса назива се тандемска соларна ћелија. Соларне ћелије са више спојева које комбинују полупроводнике из колона ИИИ и В у периодичној табели називају се вишеслојне соларне ћелије ИИИ-В.
Соларне ћелије са више спојева показале су ефикасност већу од 45%, али су скупе и тешке за производњу, па су резервисане за истраживање свемира. Војска користи соларне ћелије ИИИ-В у беспилотним летелицама, а истраживачи истражују њихову другу употребу где је висока ефикасност кључна.
ФОТОВОЛТАИКА КОНЦЕНТРАЦИЈЕ
Концентрација ПВ, позната и као ЦПВ, фокусира сунчеву светлост на соларну ћелију помоћу огледала или сочива. Фокусирањем сунчеве светлости на малу површину, потребно је мање ПВ материјала. ПВ материјали постају ефикаснији како светлост постаје све концентрисанија, па се највећа укупна ефикасност постиже са ЦПВ ћелијама и модулима. Међутим, потребни су скупљи материјали, производне технике и способност праћења кретања Сунца, па је демонстрирање неопходне трошковне предности у односу на данашње [ГГ] силицијумске модуле велике запремине постало изазов.