Танкослојне соларне ћелије

До 85% соларних ћелија на данашњем тржишту су кристални соларни модули. Међутим, стручњаци уверавају да се технологија танког филма за производњу соларних ћелија показује ефикаснијом и стога најперспективнијом од већ познатих кристалних модула.

Главна предност технологије танког филма је њена ниска цена, због чега има све шансе да постане лидер у наредним годинама. Модули нове базе чине соларне панеле флексибилним, у буквалном смислу те речи. Они су лагани и флексибилни, што вам омогућава да поставите такве батерије буквално на било коју површину, укључујући и површину одеће.

Флексибилне соларне ћелије су засноване на полимерним филмовима, аморфном силицијуму, алуминијуму, кадмијум телуриду и другим полупроводницима, који се већ користе у производњи преносивих пуњача за мобилне телефоне, лаптопове, таблете, видео камере и друге геџете, у виду малих склопивих соларне ћелије . Али ако је потребна већа снага, онда ће површина модула морати бити већа.

Први узорци танкослојних соларних ћелија направљени су са аморфним силицијумом нанесеним на подлогу, а ефикасност је била само 4 до 5%, а век трајања није био дуг. Следећи корак исте технологије био је повећање ефикасности на 8% и продужење радног века, постао је упоредив са својим кристалним претходницима. Коначно, трећа генерација танкослојних модула је већ имала ефикасност од 12%, што је већ значајан напредак и конкурентност.

Овде коришћени индијум-бакар селенид и кадмијум телурид омогућили су стварање флексибилних соларних ћелија и преносивих пуњача са ефикасношћу до 10%, а то је већ значајно достигнуће, с обзиром да се физичари боре за сваки додатни проценат ефикасности. Сада погледајмо ближе како се праве батерије танког филма.

Што се тиче кадмијум телурида, он је почео да се проучава као материјал који апсорбује светлост још 1970-их, када је било потребно пронаћи најбољу опцију за коришћење у свемиру. До данас, кадмијум телурид остаје најперспективнији за соларне ћелије. Међутим, питање токсичности кадмијума остаје отворено још неко време.

Као резултат истраживања показало се да је опасност минимална, ниво кадмијума испуштеног у атмосферу није опасан. Ефикасност је 11%, док је цена по вату за трећину нижа од цене силицијумских аналога.

Сада за бакар индијум селенид. Значајна количина индијума се данас користи за прављење монитора са равним екраном, па је индијум ипак замењен галијумом, који има иста својства за соларна енергија… Филмске батерије на овој основи постижу ефикасност од 20%.

Недавно су почеле да се развијају полимерне плоче.Овде органски полупроводници служе као материјали који апсорбују светлост: угљеник фулерени, полифенилен, бакар фталоцијанин итд. Дебљина соларне ћелије је 100 нм, али је ефикасност само 5 до 6%. Али у исто време, трошкови производње су прилично ниски, филмови су приступачни, лагани и потпуно еколошки. Из тог разлога, панели од смоле су популарни тамо где су еколошка прихватљивост и механичка флексибилност важни.

Дакле, ефикасност танкослојних соларних ћелија које се данас производе:

• Монокристал — од 17 до 22%;

• Поликристал — од 12 до 18%;

• Аморфни силицијум — 5 до 6%;

• Кадмијум телурид — од 10 до 12%;

• Бакар-индијум селенид — од 15 до 20%;

• Органски полимери — 5 до 6%.

Које су карактеристике танкослојних батерија? Пре свега, вреди напоменути високе перформансе модула чак и при дифузном светлу, што даје до 15% више снаге током године у односу на кристалне аналоге. Следеће долази предност у трошковима производње. У системима велике снаге, од 10 кВ, танкослојни модули показују већу ефикасност, иако је потребна 2,5 пута већа површина.

Тако можемо именовати услове када танкослојни модули добијају оправдану предност. У регионима са претежно облачним временом, танкослојне батерије ће радити ефикасно (дифузно светло). За регионе са топлом климом, танки филмови су ефикаснији (они раде једнако ефикасно на високим температурама као и на ниским температурама). Могућност употребе као декоративна дизајнерска решења за завршну обраду фасада зграда. Могућа је транспарентност до 20%, што опет иде на руку дизајнерима.

У међувремену, америчка компанија Солиндра је 2008. године предложила постављање танкослојних батерија на цилиндре, где се слој фотоћелије наноси на стаклену цев која је смештена унутар друге цеви опремљене електричним контактима. Материјали који се користе су бакар, селен, галијум, индијум.

Цилиндрични дизајн омогућава да се апсорбује више светлости, а сет од 40 цилиндара одговара по метру два панела. Врхунац је да бели кровни премаз доприноси високој ефикасности таквог решења, јер тада делују и рефлектовани зраци, додајући 20% своје енергије. Поред тога, цилиндрични сетови су отпорни чак и на јаке ветрове са ударима до 55 м / с.

Већина соларних ћелија које се данас производе садрже само један пн спој, а фотони са енергијом мањом од распона појаса једноставно не учествују у генерисању. Тада су научници дошли до начина да превазиђу ово ограничење, развијени су каскадни елементи вишеслојне структуре, где сваки слој има своју ширину траке, односно сваки слој има посебан пн спој са индивидуалном вредношћу апсорбоване енергије. фотони.

Горњи слој је формиран од легуре на бази хидрогенизованог аморфног силицијума, други — слична легура са додатком германијума (10-15%), трећи — са додатком од 40 до 50% германијума. Дакле, сваки следећи слој има ужи јаз од претходног слоја, а неапсорбовани фотони у горњим слојевима се апсорбују од стране слојева филма испод.

У овом приступу, цена генерисане енергије је преполовљена у поређењу са традиционалним кристалним силицијумским ћелијама. Као резултат, постигнута је ефикасност од 31% са филмом у три пролаза, а филм са пет пролаза обећава свих 43%.

Недавно су стручњаци са Московског државног универзитета развили соларне ћелије типа ролне на бази полимера који се наноси на флексибилну подлогу од органског материјала. Испоставило се да је ефикасност само 4%, али такве батерије могу радити чак и на +80 ° Ц 10.000 сати. Ове студије још нису завршене.

Швајцарски научници су постигли ефикасност од 20,4% на бази полимера, а као полупроводници су коришћени индијум, бакар, селен и галијум. Данас је ово рекорд за елементе на танком полимерном филму.

У Јапану су постигли ефикасност од 19,7% у сличним (индијум, селен, бакар) полупроводницима депонованим распршивањем. А у Јапану су почели да производе соларну тканину, платнени соларни панели су развијени користећи цилиндричне елементе пречника око 1,2 милиметра причвршћене за тканину. Почетком 2015. године планирали су да почну производњу одеће и сунцобрана по овом основу.

Очигледно је да ће танкослојни соларни панели у блиској будућности коначно постати општедоступни становништву.Није узалуд толика истраживања која се спроводе широм света у циљу смањења трошкова.