Manba: www.energy.gov
Fotovoltaik (PV) kameraga yorug'lik tushganda, uni quyosh batareyasi deb ham atashadi - bu yorug'lik aks etishi, so'rilishi yoki hujayradan o'tishi mumkin. PV hujayra yarimo'tkazgichli materialdan iborat; "yarim" elektrni izolyatorga qaraganda yaxshiroq o'tkaza olishini anglatadi, lekin metall kabi yaxshi o'tkazgich emas. PV xujayralarda ishlatiladigan bir necha xil yarimo'tkazgichli materiallar mavjud.
Yarimo'tkazgich nurga tushganda, u yorug'lik energiyasini yutadi va uni elektron deb nomlangan materialdagi manfiy zaryadlangan zarrachalarga o'tkazadi. Bu qo'shimcha energiya elektronlarning materialdan elektr toki sifatida o'tishiga imkon beradi. Bu tok o'tkazgichli metall kontaktlar-quyosh batareyalaridagi tarmoqqa o'xshash chiziqlar orqali chiqariladi va undan keyin sizning uyingizni va qolgan elektr tarmoqlarini quvvatlantirish uchun foydalanish mumkin.
PV -hujayraning samaradorligi - bu hujayradan chiqadigan elektr energiyasi, uning ustida porlayotgan yorug'lik energiyasiga nisbatan, bu hujayraning energiyani bir shakldan boshqasiga aylantirishda qanchalik samarali ekanligini ko'rsatadi. PV xujayralaridan ishlab chiqariladigan elektr energiyasi mavjud yorug'lik xususiyatlariga (masalan, intensivlik va to'lqin uzunligi) va hujayraning bir nechta ishlash atributlariga bog'liq.
PV yarimo'tkazgichlarining muhim xususiyati - bu to'lqin uzunlikdagi materialni yutishi va elektr energiyasiga aylantirishi mumkin bo'lgan bandgap. Agar yarimo'tkazgichning tasmasi PV xujayrasiga tushadigan yorug'lik to'lqin uzunliklariga to'g'ri kelsa, u hujayra mavjud bo'lgan barcha energiyadan samarali foydalana oladi.
Quyida PV hujayralari uchun eng ko'p ishlatiladigan yarimo'tkazgichli materiallar haqida ko'proq bilib oling.
SILIKON
Hozirgi kunda quyosh batareyalarida ishlatiladigan eng keng tarqalgan yarimo'tkazgichli material - bu silikon modullarning 95% ni tashkil qiladi. Bu, shuningdek, Er yuzida eng ko'p uchraydigan ikkinchi material (kisloroddan keyin) va kompyuter chiplarida ishlatiladigan eng keng tarqalgan yarimo'tkazgich. Kristalli kremniy hujayralari kristalli panjara hosil qilish uchun bir -biriga bog'langan kremniy atomlaridan yasalgan. Bu panjara yorug'likni elektr energiyasiga aylantirishni yanada samarali qiladigan uyushgan tuzilmani ta'minlaydi.
Kremniydan yasalgan quyosh xujayralari hozirda yuqori samaradorlik, arzon narx va uzoq umr kombinatsiyasini ta'minlaydi. Modullar 25 yil yoki undan ko'proq davom etishi kutilmoqda va shu vaqtdan keyin ham asl quvvatining 80% dan ortig'ini ishlab chiqaradi.
Yupqa filmli fotovoltaikalar
Yupqa plyonkali quyosh batareyasi PV materialining bir yoki bir necha yupqa qatlamlarini shisha, plastmassa yoki metall kabi qo'llab-quvvatlovchi materialga yotqizish orqali tayyorlanadi. Hozirgi kunda bozorda ingichka plyonkali PV yarimo'tkazgichlarning ikkita asosiy turi mavjud: kadmiy tellurid (CdTe) va mis indiy galium diselenid (CIGS). Har ikkala materialni to'g'ridan -to'g'ri modul yuzasining old yoki orqa qismiga qo'yish mumkin.
CdTe PV-dan silikondan keyin ikkinchi o'rinda turadi va CdTe xujayralari arzon ishlab chiqarish jarayonlari yordamida tayyorlanishi mumkin. Bu ularni iqtisodiy jihatdan samarali alternativaga aylantirsa ham, ularning samaradorligi hali ham silikondan unchalik yuqori emas. CIGS hujayralari PV materiali va laboratoriyada yuqori samaradorlik uchun maqbul xususiyatlarga ega, ammo to'rt elementni birlashtirishda murakkablik laboratoriyadan ishlab chiqarishga o'tishni qiyinlashtiradi. CdTe ham, CIGS ham ochiq havoda uzoq vaqt ishlashini ta'minlash uchun kremniydan ko'ra ko'proq himoyaga muhtoj.
PEROVSKIT FOTOVOLTAIKASI
Perovskitlar hujayralari yupqa plyonkali hujayralar turiga kiradi va ularning xarakterli kristall tuzilishi bilan nomlanadi. Perovskit xujayralari bosilgan, qoplamali yoki vakuumli qo'llab-quvvatlovchi qatlamga yotqizilgan materiallar qatlamidan qurilgan.substrat.Odatda ularni yig'ish oson va kristalli kremniy kabi samaradorlikka erishishi mumkin. Laboratoriyada perovskitli quyosh batareyalari samaradorligi boshqa PV materiallariga qaraganda tezroq yaxshilandi, 2009 yildagi 3% dan 2020 yilda 25% gacha. Tijoriy hayotiy bo'lishi uchun perovskit PV hujayralari 20 yil ochiq havoda omon qolish uchun etarlicha barqaror bo'lishi kerak. ularni bardoshli qilish va ishlab chiqarishning keng ko'lamli, arzon texnikasini ishlab chiqish ustida ishlamoqda.
ORGANIK FOTOVOLTAIKLAR
Organik PV yoki OPV xujayralari uglerodga boy (organik) birikmalardan tashkil topgan va ularni PV hujayrasining ma'lum bir funktsiyasini, masalan, tasma, shaffoflik yoki rangni yaxshilash uchun sozlash mumkin. OPV xujayralari hozirda kristalli kremniy xujayralaridan atigi yarim baravar samarali va ishlash muddati qisqaroq, lekin katta hajmlarda ishlab chiqarish arzonroq bo'lishi mumkin. Ular, shuningdek, turli xil qo'llab -quvvatlovchi materiallarga, masalan, egiluvchan plastmassaga qo'llanilishi mumkin, bu OPVni har xil maqsadlarda ishlatishga imkon beradi.
QUANTUM NUQTALARI
Kvant nuqtali quyosh xujayralari elektr o'tkazuvchanligini kvant nuqtalari deb ataladigan kengligi atigi bir necha nanometr bo'lgan yarimo'tkazgichli materiallarning mayda zarralari orqali o'tkazadi. Kvant nuqtalari yarimo'tkazgichli materiallarni qayta ishlashning yangi usulini beradi, lekin ular o'rtasida elektr aloqasini o'rnatish qiyin, shuning uchun ular hozir unchalik samarali emas. Biroq, ularni quyosh xujayralari yaratish oson. Ularni asubstrata qo'yish mumkin, bu gazeta chop etishda ishlatiladigan spin-coat usuli, purkagich yoki rulonli printerlar.
Kvant nuqtalari har xil o'lchamda bo'ladi va ularning diapazoni sozlanishi, bu ularni ushlab turish qiyin bo'lgan nurni to'plashga va ko'p funktsiyali quyosh batareyasining ishlashini optimallashtirish uchun perovskitlar kabi boshqa yarimo'tkazgichlar bilan bog'lashga imkon beradi (quyida batafsilroq).
MULTIJUNKSIYALI FOTOVOLTAIKA
PV hujayra samaradorligini oshirishning yana bir strategiyasi - ko'p yarimo'tkazgichli quyosh batareyalarini birlashtirish. Bu hujayralar, asosan, bitta yarimo'tkazgichli, bitta bo'g'inli hujayralardan farqli o'laroq, har xil yarimo'tkazgichli materiallardan iborat. Har bir qatlamning boshqa tarmoqli oralig'i bor, shuning uchun ularning har biri quyosh spektrining boshqa qismini o'zlashtiradi, bu esa quyosh nurlaridan bitta bo'g'inli hujayralarga qaraganda ko'proq foydalanadi. Ko'p funktsiyali quyosh batareyalari samaradorlikning rekord darajasiga yetishi mumkin, chunki birinchi yarimo'tkazgichli qatlam yutilmaydigan nurni uning ostidagi qatlam egallaydi.
Bir nechta bandli quyosh batareyalari ko'p funktsiyali quyosh xujayralari bo'lsa -da, aynan ikkita tarmoqli bo'shliqli quyosh batareyasi tandemli quyosh batareyasi deb ataladi. III va V ustunlaridagi yarimo'tkazgichlarni davriy jadvalda birlashtirgan ko'p funktsiyali quyosh batareyalari ko'p funktsiyali III-V quyosh batareyalari deb ataladi.
Ko'p funktsiyali quyosh batareyalari samaradorligi 45%dan yuqori ekanligini ko'rsatdi, lekin ular qimmat va ishlab chiqarish qiyin, shuning uchun ular kosmik tadqiqotlar uchun ajratilgan. Harbiylar uchuvchisiz uchish qurilmalarida III-V quyosh batareyalaridan foydalanmoqdalar va tadqiqotchilar yuqori samaradorlik muhim bo'lgan boshqa maqsadlarni o'rganmoqdalar.
KONSENTRASIYA FOTOVOLTAIKLARI
Konsentratsiyali PV, shuningdek CPV sifatida ham tanilgan, ko'zgu yoki optikasi yordamida quyosh nurini quyosh batareyasiga qaratadi. Quyosh nurini kichik maydonga qaratib, kamroq PV material kerak bo'ladi. Yorug'lik ko'proq joyga jamlanganda PV materiallari yanada samaraliroq bo'ladi, shuning uchun umumiy samaradorlikning eng yuqori ko'rsatkichlari CPV hujayralari va modullari yordamida olinadi. Biroq, qimmatroq materiallar, ishlab chiqarish texnikasi va quyoshning harakatini kuzatish qobiliyati talab qilinadi, shuning uchun&39-sonli yuqori hajmli kremniy modullari bilan taqqoslaganda, zarur iqtisodiy ustunlikni ko'rsatish qiyin bo'lib qoldi.
