Innføring av solcellematerialer og halvledermaterialer

- Jun 01, 2018-

Solenergi er for tiden bransjens leder innen ren energi. Hvis du er interessert i det, ta deg til å forstå sammensetningen av solceller og relaterte fotovoltaiske materialer.


Solkraftverk, ofte referert til som solceller, kan direkte konvertere sollysergi til strøm. I solcellepaneler forårsaker fotene som slippes ut av solen, at de ytre elektronene i halvledermaterialet er fri fra bindingen av atomobligasjoner. Når elektronene er tvunget til å bevege seg i samme retning, kan de generere strøm til strømforsyning av elektroniske enheter eller levere strøm til nettet.


Siden den franske fysikeren Alexandre-Edmond Bequerel første teoretisk fotovoltaiserte elektrisitet i 1839 har fotovoltaisk kraftproduksjon vært et av temaene innen vitenskapelig forskning. I dag fortsetter det internasjonale markedet for fotovoltaisk industri med de store forskerteamene i USA, Japan og Europa å akselerere industrialiseringen av sine respektive solenergisystemer.


Fotovoltaiske moduler


Selv om det fotovoltaiske kraftproduksjonssystemet har forskjellige bestanddeler, inkluderer alle komponentene flere lag med materiale fra glatt side til bakgrunnsbelysningsside. Sollyset passerer først gjennom beskyttelseslaget (vanligvis glass) og går deretter inn i batteriet gjennom det gjennomsiktige kontaktlaget. I midten av forsamlingen er et adsorbentmateriale, som absorberer fotoner og fullfører "fotocurrent". Halvledermaterialet som er inneholdt avhenger av kravene til det spesifikke fotovoltaiske systemet.


Under det adsorberende lagmaterialet er et bakmetallsjikt som fullfører ledningen av kretsen. Komposittfilmlaget er under metallmetallaget, og funksjonen er å gjøre fotovoltaiske modulen vanntette og varmeisolerende. Generelt legges et ekstra beskyttende lag på baksiden av fotovoltaisk modul. Det beskyttende lagmaterialet er glass, aluminiumslegering eller plast.


Halvledermateriale


Halvledermaterialet i det fotovoltaiske kraftgenereringssystemet kan være silisium, en polykrystallinsk tynnfilm eller en enkelkrystall tynn film. Silisiummaterialer inkluderer monokrystallinsk silisium, polysilisium og amorft silisium. Monokrystallinsk silisium har en vanlig struktur, som har en høyere fotoelektrisk konverteringsfrekvens enn polysilikon.


Silisiumatomer i amorft silisium er tilfeldig fordelt, og deres fotoelektriske konverteringseffektivitet er lavere enn det for enkeltkrystall silisium. Imidlertid, i forhold til krystallinsk silisium, kan det fange flere fotoner mens man tilsetter germanium eller karbon til amorf silicium. Alloying kan forbedre denne funksjonen.


Kobberindiumdiselid (CIS), kadmiumtellurid (CdTe) og tynnfilmsilisium er vanlige polykrystallinske tynnfilmsmaterialer, mens materialer med høyere fotoelektrisk konvertering, som for eksempel galliumarsenid (GaAs), ofte inneholder enkle krystaller. Krystallinsk silisium tynnfilm materiale. Alle ovennevnte materialer brukes i et bestemt fotovoltaisk kraftgenereringsfelt på grunn av deres unike egenskaper. Disse egenskapene inkluderer: krystallinitet, bånd gap størrelse, absorpsjonsegenskaper og enkel behandling.


Eksterne faktorer påvirker halvledere


Ordenes rekkefølge i krystallstrukturen bestemmer krystalliniteten til halvledermaterialet, og ladningstransporten, nåværende tetthet og energikonverteringseffektiviteten til solcellen er alle berørt av krystalliniteten. Bandgapet til et halvledermateriale er den minimale energien som kreves for å overføre elektroner fra en bundet tilstand til en fri tilstand (dvs. å tillate elektron ledning). Bandgapsstørrelsen uttrykkes vanligvis i Eg, som beskriver energiforskjellen mellom valensbåndet og ledningsbåndet. Valensbåndet av halvledermaterialer er lavt energinivå og ledningsbåndet er et høyt energinivå. Absorpsjonskoeffisienten brukes til å karakterisere avstanden til et fotoninntrengende medium ved en bestemt bølgelengde som bestemmer fotons evne til å bli absorbert av mediet. Absorpsjonskoeffisienten bestemmes av cellematerialet og bølgelengden til de absorberte fotonene.


Kostnaden og enkel behandling av ulike halvledermaterialer og -anordninger avhenger av en rekke faktorer, inkludert typen materialer og bruksskala, produksjonssyklusen, og migrasjonsegenskapene til cellene i avsetningskammeret. Hver av disse faktorene vil spille en viktig rolle i den spesifikke etterspørselen etter fotovoltaisk kraftproduksjon.