جزء اصلی یک سلول خورشیدی، سیلیکون خالص است که برای چندین دهه به عنوان یک بخش الکتریکی مورد استفاده قرار گرفته است. پنل های خورشیدی سیلیکونی اغلب به عنوان پنل‌های «نسل اول» شناخته می‌شوند، زیرا فناوری سلول‌های خورشیدی سیلیکونی در دهه 1950 پیشرفت کرده و در حال حاضر، بیش از 90 درصد از بازار فعلی سلول های خورشیدی بر پایه سیلیکون است.
سیلیکون کریستالی خالص، یک رسانای ضعیف الکتریسیته است زیرا یک ماده نیمه رسانا در هسته آن قرار دارد. سیلیکون موجود در یک سلول خورشیدی دارای ناخالصی است – به این معنی که اتم های دیگر به طور هدفمند با اتم های سیلیکون مخلوط می شوند تا توانایی سیلیکون برای جذب انرژی خورشید و تبدیل آن به الکتریسیته بهبود یابد.
به عنوان مثال، یک اتم گالیم یک الکترون کمتر از یک اتم سیلیکون و یک اتم آرسنیک یک الکترون بیشتر از آن دارد. هنگامی که اتم های آرسنیک در بین تعداد زیادی اتم سیلیکون قرار می گیرند، الکترون های اضافی در ساختار وجود خواهد داشت. بنابراین یک لایه غنی از الکترون ایجاد خواهد شد.
هنگام استفاده از اتم های گالیوم، کمبود الکترون وجود به وجود می آید. به این معنی که یک لایه فقیر از الکترون تولید می شود. در یک سلول خورشیدی، لایه ها در کنار یکدیگر قرار می گیرند و به این ترتیب یک میدان الکتریکی ایجاد می شود. هنگامی که نور خورشید به سلول خورشیدی برخورد می کند، انرژی الکترون هایی را تحریک می کند که سوراخ هایی را پشت سر می گذارند. اینها به دلیل وجود میدان الکتریکی به الکترودهای داخل سلول مهاجرت می کنند. به این ترتیب برق تولید می شود.
پنل های خورشیدی سیلیکونی برای چه مواردی استفاده می شود؟
در زمان‌های گذشته، پنل های خورشیدی سیلیکونی نسبتاً گران بودند، زیرا سیلیکون بسیار باکیفیت برای ساخت آنها مورد نیاز است. همچنین روش خالص سازی سیلیکون قبل از تداخل آن با اتم های گالیم و آرسنیک، زمان بر و پرهزینه بود. خوشبختانه، توسعه فناوری به زودی امکان استفاده از سیلیکون ارزان‌تر و با کیفیت پایین‌تر را فراهم کرد. در نتیجه آن، سلول های خورشیدی سیلیکونی اکنون مقرون به صرفه تر هستند.
محدودیت های سلول های خورشیدی سیلیکونی
پنل های سیلیکونی برای حمل و نقل ایده آل نیستند زیرا بسیار شکننده و سفت هستند. محدودیت دیگر این است که قطعات هنوز نسبتاً گران هستند، در مقایسه با برخی از گزینه های جایگزین در زمینه فناوری خورشیدی.
انواع سلول های خورشیدی سیلیکونی
1.سلول های خورشیدی تک کریستالی
سلول های خورشیدی مونوکریستالی که سلول های “تک کریستالی” نیز نامیده می شوند، به راحتی با رنگ سیاه تیره خود شناسایی می گردند. سلول های خورشیدی تک کریستالی از نوع بسیار خالص سیلیکون ساخته شده اند که آنها را به کارآمدترین ماده برای تبدیل نور خورشید به الکتریسیته تبدیل می کند.
یکی دیگر از مزیت های سلول های تک کریستالی این است که طول عمر آنها در بین انواع مختلف بیشتر است – بسیاری از تولید کنندگان ضمانت هایی تا 25 سال برای این نوع سیستم های فتوولتائیک ارائه می دهند. تمام این مزایای برتر با قیمت زیادی همراه است – در واقع سلول‌های تک کریستالی گران‌ترین گزینه هستند، بیشتر به این دلیل که فرآیند برش چهار طرفه منجر به هدر رفتن مقدار زیادی سیلیکون، حتی گاهی اوقات بیش از نیمی از آن می‌شود. جایگزین‌های ارزان‌تر برای مصرف‌کنندگان سلول‌های پلی کریستالی یا فیلم هستند.
2.سلول های خورشیدی پلی کریستالی
سلول های خورشیدی پلی کریستالی که به سلول های پلی سیلیکونی و چند سیلیکونی نیز معروف هستند، اولین سلول های خورشیدی بودند که در اوایل دهه 1980 به صنعت ارائه شدند. سلول های پلی کریستالی تحت فرآیند برش مورد استفاده برای سلول های تک کریستالی قرار نمی گیرند. در عوض، سیلیکون ذوب می‌شود و در قالب مربعی ریخته می‌شود، بنابراین شکل مربعی آن چند کریستالی است.
این امر سلول های خورشیدی پلی کریستالی را بسیار مقرون به صرفه تر می کند، زیرا به سختی سیلیکونی در طول فرآیند تولید هدر می رود. از طرفی، آنها نسبت به سلول های تک کریستالی کارایی کمتری دارند و به فضای بیشتری نیاز دارند، زیرا سطح خلوص در سلول های پلی کریستالی کمتر است. یکی دیگر از معایب این است که پلی کریستالین تحمل گرما کمتری نسبت به تک کریستالی دارد، به این معنی که قادر به عملکرد موثر در دماهای بالا نیستند.
3.سلول های خورشیدی آمورف
کلمه “آمورف” در لغت به معنای بی شکل است. سیلیکون مانند بسیاری از انواع دیگر سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون در سطح مولکولی ساختار یا متبلور نیست. در گذشته، سلول‌های خورشیدی آمورف برای کاربردهای مقیاس کوچک‌تر مانند ماشین‌حساب‌های جیبی استفاده می‌شد، زیرا توان خروجی آنها نسبتاً کم بود.
با این حال، با چیدن چندین سلول خورشیدی آمورف روی هم، عملکرد آنها به طور قابل توجهی افزایش یافت (تا 8٪). پنل های خورشیدی سیلیکونی آمورف خطی قدرتمند و در حال ظهور از سیستم های فتوولتائیک هستند که از نظر خروجی، ساختار و ساخت با سلول های سیلیکونی کریستالی متفاوت هستند. هزینه‌های مواد کاهش می‌یابد زیرا سیلیکون آمورف تنها به حدود 1 درصد سیلیکونی نیاز دارد که برای تولید سلول خورشیدی مبتنی بر سیلیکون کریستالی مورد استفاده قرار می‌گرفت.
فرآیند توسعه پنل های خورشیدی سیلیکونی آمورف آنها را انعطاف پذیرتر و سبک تر کرده است تا حمل و نقل و نصب پنل ها را کم خطر می کند. یک ماژول لایه نازک انعطاف پذیر سلول های خورشیدی آمورف را حتی برای سطوح منحنی میتوان استفاده کرد.
یکی از ایرادات، نرخ بازده کمتر سلول های خورشیدی لایه نازک آمورف است. با این حال، این فناوری جدید است و گمان می‌رود نرخ بهره‌وری با پیشرفت‌های فناوری در آینده نزدیک افزایش یابد.
منبع:
greenmatch.co.uk