Tynnfilm solceller

Opptil 85 % av solcellene på markedet i dag er krystallinske solcellemoduler. Eksperter forsikrer imidlertid at tynnfilmteknologien for produksjon av solceller viser seg å være mer effektiv og derfor den mest lovende av de allerede kjente krystallmodulene.

Den største fordelen med tynnfilmteknologi er dens lave pris, og det er grunnen til at den har alle muligheter til å bli ledende i årene som kommer. Modulene til den nye basen gjør solcellepaneler fleksible, i ordets bokstavelige betydning. De er lette og fleksible, noe som lar deg plassere slike batterier på bokstavelig talt hvilken som helst overflate, inkludert overflaten av klær.

Fleksible solceller er basert på polymerfilmer, amorft silisium, aluminium, kadmiumtellurid og andre halvledere, som allerede brukes i produksjon av bærbare ladere for mobiltelefoner, bærbare datamaskiner, nettbrett, videokameraer og andre dingser, i form av små sammenleggbare solceller. Men hvis det kreves mer strøm, må området til modulen være større.

De første prøvene av tynnfilmsolceller ble laget med amorft silisium avsatt på et substrat, og effektiviteten var bare 4 til 5 %, og levetiden var ikke lang. Neste trinn i den samme teknologien var å øke effektiviteten til 8% og forlenge levetiden, den ble sammenlignbar med sine krystallforgjengere. Til slutt hadde tredje generasjon tynnfilmmoduler allerede en effektivitet på 12 %, som allerede er et betydelig fremskritt og konkurranseevne.

Indiumkobberselenidet og kadmiumtellurid som brukes her har gjort det mulig å lage fleksible solceller og bærbare ladere med en effektivitet på opptil 10 %, og dette er allerede en betydelig prestasjon, tatt i betraktning at fysikere kjemper for hver ekstra prosentandel av effektiviteten. La oss nå se nærmere på hvordan tynnfilmsbatterier er laget.

Når det gjelder kadmiumtellurid, begynte det å bli studert som et lysabsorberende materiale tilbake på 1970-tallet, da det var nødvendig å finne det beste alternativet for bruk i verdensrommet. Til i dag er kadmiumtellurid fortsatt det mest lovende for solceller. Spørsmålet om kadmiumtoksisitet forblir imidlertid åpent en stund.

Som et resultat av forskningen ble det vist at faren er minimal, nivået av kadmium som slippes ut i atmosfæren er ikke farlig. Effektiviteten er 11 %, mens prisen per watt er en tredjedel lavere enn for silisiumanaloger.

Nå for kobberindiumselenid. En betydelig mengde indium brukes i dag til å lage flatskjermer, så indium blir likevel erstattet av gallium, som har de samme egenskapene for solenergi… Filmbatterier oppnår på dette grunnlag en effektivitet på 20 %.

Nylig har polymerpaneler begynt å utvikles.Her tjener organiske halvledere som lysabsorberende materialer: karbonfullerener, polyfenylen, kobberftalocyanin, etc. Tykkelsen på solcellen er 100 nm, men effektiviteten er bare 5 til 6 %. Men samtidig er produksjonskostnadene ganske lave, filmer er rimelige, lette og helt miljøvennlige. Av denne grunn er harpikspaneler populære der miljøvennlighet og mekanisk fleksibilitet er viktig.

Så effektiviteten til tynnfilmsolceller produsert i dag:

• Enkeltkrystall - fra 17 til 22%;

• Polykrystall - fra 12 til 18%;

• Amorft silisium - 5 til 6%;

• Kadmiumtellurid - fra 10 til 12%;

• Kobberindiumselenid - fra 15 til 20%;

• Organiske polymerer - 5 til 6%.

Hva kjennetegner tynnfilmsbatterier? Først av alt er det verdt å merke seg den høye ytelsen til modulene selv i diffust lys, som gir opptil 15 % mer kraft i løpet av året sammenlignet med krystallanaloger. Deretter kommer produksjonskostnadsfordelen. I høyeffektsystemer, fra 10 kW, viser tynnfilmmoduler større effektivitet, selv om det trengs 2,5 ganger mer areal.

Dermed kan vi nevne forholdene når tynnfilmsmoduler får en berettiget fordel. I områder med stort sett overskyet vær, vil tynnfilmbatterier fungere effektivt (diffust lys). For regioner med varmt klima er tynne filmer mer effektive (de fungerer like effektivt ved høye temperaturer som ved lave temperaturer). Mulighet for bruk som dekorative designløsninger for etterbehandling av fasadene til bygninger. Gjennomsiktighet på opptil 20 % er mulig, noe som igjen spiller designerens hender.

I mellomtiden, i 2008, foreslo det amerikanske selskapet Solyndra å plassere tynnfilmsbatterier på sylindere, der et lag med fotocelle påføres et glassrør som er plassert inne i et annet rør utstyrt med elektriske kontakter. Materialene som brukes er kobber, selen, gallium, indium.

Den sylindriske utformingen gjør at mer lys kan absorberes, og et sett med 40 sylindre passer per meter med to paneler. Høydepunktet her er at det hvite takbelegget bidrar til den høye effektiviteten til en slik løsning, for da fungerer også de reflekterte strålene og tilfører 20 % av energien. I tillegg er de sylindriske settene motstandsdyktige selv mot sterk vind med vindkast på opptil 55 m/s.

De fleste solceller som produseres i dag inneholder bare ett pn-kryss, og fotoner med energi mindre enn båndgapet deltar rett og slett ikke i generasjonen. Så kom forskere opp med en måte å overvinne denne begrensningen, kaskadeelementer av en flerlagsstruktur ble utviklet, der hvert lag har sin egen båndbredde, det vil si at hvert lag har et eget pn-kryss med en individuell verdi av energien til det absorberte fotoner.

Det øvre laget er dannet av en legering basert på hydrogenert amorft silisium, det andre - en lignende legering med tilsetning av germanium (10-15%), det tredje - med tilsetning av 40 til 50% germanium. Dermed har hvert påfølgende lag et gap som er smalere enn det forrige laget, og de uabsorberte fotonene i de øvre lagene absorberes av de underliggende lagene i filmen.

I denne tilnærmingen er kostnadene for generert energi halvert sammenlignet med tradisjonelle krystallinske silisiumceller. Som et resultat ble en effektivitet på 31 % oppnådd med en tre-pass film, og en fem-pass film lover hele 43%.

Nylig har spesialister fra Moscow State University utviklet solceller av rulletype basert på en polymer påført et fleksibelt underlag av organisk materiale. Effektiviteten viste seg å være bare 4%, men slike batterier kan fungere selv ved + 80 ° C i 10 000 timer. Disse studiene er ennå ikke fullført.

Sveitsiske forskere oppnådde en effektivitet på 20,4 % på polymerbasis, og indium, kobber, selen og gallium ble brukt som halvledere. I dag er dette rekord for grunnstoffer på en tynn polymerfilm.

I Japan oppnådde de 19,7 % effektivitet i lignende (indium, selen, kobber) sputteravsatte halvledere. Og i Japan begynte de å produsere solcellestoff, solcellepaneler i tøy ble utviklet ved å bruke sylindriske elementer på ca. 1,2 millimeter i diameter festet til stoffet. I begynnelsen av 2015 planla de å starte produksjon av klær og parasoller på dette grunnlaget.

Det er åpenbart at tynnfilmsolcellepaneler endelig vil bli allment tilgjengelige for befolkningen i nær fremtid.Det er ikke for ingenting at det forskes så mye rundt i verden for å redusere kostnadene.