Dunne film zonnecellen

Tot 85% van de zonnecellen die momenteel op de markt zijn, zijn kristallijne zonnemodules. Deskundigen verzekeren echter dat de dunnefilmtechnologie voor de productie van zonnecellen efficiënter blijkt te zijn en daarmee de meest veelbelovende van de reeds bekende kristalmodules.

Het belangrijkste voordeel van dunne-filmtechnologie zijn de lage kosten, waardoor het alle kans heeft om de komende jaren toonaangevend te worden. De modules van de nieuwe basis maken zonnepanelen flexibel, in de letterlijke zin van het woord. Ze zijn licht en flexibel, waardoor u dergelijke batterijen op letterlijk elk oppervlak kunt plaatsen, inclusief het oppervlak van kleding.

Flexibele zonnecellen zijn gebaseerd op polymeerfilms, amorf silicium, aluminium, cadmiumtelluride en andere halfgeleiders, die al worden gebruikt bij de productie van draagbare opladers voor mobiele telefoons, laptops, tablets, videocamera's en andere gadgets, in de vorm van kleine opvouwbare zonnecellen. Maar als er meer vermogen nodig is, dan zal het oppervlak van de module groter moeten zijn.

De eerste monsters van dunne-film zonnecellen werden gemaakt met amorf silicium afgezet op een substraat, en het rendement was slechts 4 tot 5%, en de levensduur was niet lang. De volgende stap van dezelfde technologie was het verhogen van de efficiëntie tot 8% en het verlengen van de levensduur, het werd vergelijkbaar met zijn kristalvoorgangers. Ten slotte had de derde generatie dunnefilmmodules al een efficiëntie van 12%, wat al een aanzienlijke vooruitgang en concurrentiekracht is.

Het hier gebruikte indiumkoperselenide en cadmiumtelluride hebben het mogelijk gemaakt om flexibele zonnecellen en draagbare opladers te maken met een efficiëntie tot 10%, en dit is al een belangrijke prestatie, aangezien natuurkundigen vechten voor elk extra percentage efficiëntie. Laten we nu eens nader bekijken hoe dunnefilmbatterijen worden gemaakt.

Wat betreft cadmiumtelluride, het begon in de jaren zeventig te worden bestudeerd als een lichtabsorberend materiaal, toen het nodig was om de beste optie voor gebruik in de ruimte te vinden. Tot op de dag van vandaag blijft cadmiumtelluride het meest veelbelovend voor zonnecellen. De kwestie van de toxiciteit van cadmium blijft echter nog enige tijd open.

Als resultaat van het onderzoek werd aangetoond dat het gevaar minimaal is, het niveau van cadmium dat vrijkomt in de atmosfeer is niet gevaarlijk. Het rendement is 11%, terwijl de prijs per watt een derde lager is dan die van siliciumanalogen.

Nu voor koper-indiumselenide. Er wordt tegenwoordig een aanzienlijke hoeveelheid indium gebruikt om platte beeldschermen te maken, dus indium wordt niettemin vervangen door gallium, dat dezelfde eigenschappen heeft voor zonne energie… Foliebatterijen halen op deze basis een rendement van 20%.

Onlangs zijn er polymeerpanelen ontwikkeld.Hier dienen organische halfgeleiders als lichtabsorberende materialen: koolstoffullerenen, polyfenyleen, koperftalocyanine, enz. De dikte van de zonnecel is 100 nm, maar het rendement is slechts 5 tot 6%. Maar tegelijkertijd zijn de productiekosten vrij laag, films zijn betaalbaar, licht en volledig milieuvriendelijk. Om deze reden zijn harspanelen populair waar milieuvriendelijkheid en mechanische flexibiliteit belangrijk zijn.

Dus de efficiëntie van dunne-film zonnecellen die vandaag worden vervaardigd:

• Eenkristal — van 17 tot 22%;

• Polykristallijn — van 12 tot 18%;

• Amorf silicium - 5 tot 6%;

• Cadmiumtelluride - van 10 tot 12%;

• Koper-indiumselenide - van 15 tot 20%;

• Organische polymeren - 5 tot 6%.

Wat zijn de kenmerken van dunnefilmbatterijen? Allereerst is het vermeldenswaard de hoge prestaties van de modules, zelfs bij diffuus licht, wat gedurende het jaar tot 15% meer vermogen geeft in vergelijking met kristalanalogen. Vervolgens komt het fabricagekostenvoordeel. In krachtige systemen, vanaf 10 kW, vertonen dunne-filmmodules een grotere efficiëntie, hoewel er 2,5 keer meer oppervlakte nodig is.

We kunnen dus de voorwaarden noemen waarop dunne-filmmodules een gerechtvaardigd voordeel behalen. In regio's met overwegend bewolkt weer zullen dunnefilmbatterijen efficiënt werken (diffuus licht). Voor regio's met warme klimaten zijn dunne films efficiënter (ze werken net zo effectief bij hoge temperaturen als bij lage temperaturen). Mogelijkheid van gebruik als decoratieve ontwerpoplossingen voor het afwerken van de gevels van gebouwen. Transparantie tot 20% is mogelijk, wat de ontwerpers weer in de kaart speelt.

Ondertussen stelde het Amerikaanse bedrijf Solyndra in 2008 voor om dunnefilmbatterijen op cilinders te plaatsen, waarbij een laag fotocel wordt aangebracht op een glazen buis die in een andere buis met elektrische contacten wordt geplaatst. De gebruikte materialen zijn koper, selenium, gallium, indium.

Door de cilindrische vormgeving kan er meer licht geabsorbeerd worden en past er een set van 40 cilinders per meter van twee panelen. Het hoogtepunt hier is dat de witte dakcoating bijdraagt ​​aan het hoge rendement van een dergelijke oplossing, omdat dan de gereflecteerde stralen ook werken en 20% van hun energie toevoegen. Bovendien zijn de cilindrische sets zelfs bestand tegen harde wind met rukwinden tot 55 m/s.

De meeste zonnecellen die tegenwoordig worden vervaardigd, bevatten slechts één pn-overgang en fotonen met een energie lager dan de bandafstand nemen eenvoudigweg niet deel aan de opwekking. Toen bedachten wetenschappers een manier om deze beperking te overwinnen, er werden cascade-elementen van een meerlagige structuur ontwikkeld, waarbij elke laag zijn eigen bandbreedte heeft, dat wil zeggen dat elke laag een afzonderlijke pn-overgang heeft met een individuele waarde van de energie van het geabsorbeerde fotonen.

De bovenste laag is gevormd uit een legering op basis van gehydrogeneerd amorf silicium, de tweede - een vergelijkbare legering met toevoeging van germanium (10-15%), de derde - met toevoeging van 40 tot 50% germanium. Elke volgende laag heeft dus een opening die smaller is dan die van de vorige laag, en de niet-geabsorbeerde fotonen in de bovenste lagen worden geabsorbeerd door de onderliggende lagen van de film.

Bij deze aanpak worden de kosten van opgewekte energie gehalveerd in vergelijking met traditionele kristallijne siliciumcellen. Hierdoor werd een efficiëntie van 31% behaald met een three-pass film, en een five-pass film belooft maar liefst 43%.

Onlangs hebben specialisten van de Staatsuniversiteit van Moskou roll-type zonnecellen ontwikkeld op basis van een polymeer aangebracht op een flexibel substraat van organisch materiaal. De efficiëntie bleek slechts 4% te zijn, maar dergelijke batterijen kunnen zelfs bij + 80 ° C 10.000 uur werken. Deze onderzoeken zijn nog niet afgerond.

Zwitserse wetenschappers bereikten een efficiëntie van 20,4% op polymeerbasis en indium, koper, selenium en gallium werden gebruikt als halfgeleiders. Tegenwoordig is dit een record voor elementen op een dunne polymeerfilm.

In Japan behaalden ze een efficiëntie van 19,7% in vergelijkbare (indium, selenium, koper) door sputteren gedeponeerde halfgeleiders. En in Japan begonnen ze met de productie van zonneweefsel, stoffen zonnepanelen werden ontwikkeld met behulp van cilindrische elementen met een diameter van ongeveer 1,2 millimeter die aan het weefsel waren bevestigd. Begin 2015 waren ze van plan om op basis hiervan te starten met de productie van kleding en parasols.

Het ligt voor de hand dat dunne film zonnepanelen in de nabije toekomst eindelijk algemeen beschikbaar zullen zijn voor de bevolking.Niet voor niets wordt er wereldwijd zoveel onderzoek gedaan om de kosten te drukken.