Plonos plėvelės saulės elementai

Iki 85 % šiandien rinkoje esančių saulės elementų yra kristaliniai saulės moduliai. Tačiau specialistai tikina, kad plonasluoksnė saulės elementų gamybos technologija pasirodo efektyvesnė ir todėl perspektyviausia iš jau žinomų kristalų modulių.

Pagrindinis plonasluoksnės technologijos pranašumas – maža kaina, todėl ateinančiais metais ji turi visas galimybes tapti lydere. Naujosios bazės moduliai daro saulės baterijas lanksčias tiesiogine to žodžio prasme. Jie yra lengvi ir lankstūs, todėl tokias baterijas galite dėti ant bet kokio paviršiaus, įskaitant drabužių paviršių.

Lankstūs saulės elementai yra pagaminti iš polimerinių plėvelių, amorfinio silicio, aliuminio, kadmio telūrido ir kitų puslaidininkių, kurie jau naudojami gaminant nešiojamus mobiliųjų telefonų, nešiojamųjų kompiuterių, planšetinių kompiuterių, vaizdo kamerų ir kitų prietaisų įkroviklius, mažus sulankstomus saulės elementai. Bet jei reikia daugiau galios, modulio plotas turės būti didesnis.

Pirmieji plonasluoksnių saulės elementų pavyzdžiai buvo pagaminti su amorfiniu siliciu, nusodintu ant pagrindo, o efektyvumas siekė tik 4–5%, o tarnavimo laikas nebuvo ilgas. Kitas tos pačios technologijos žingsnis buvo padidinti efektyvumą iki 8% ir pailginti tarnavimo laiką, ji tapo panaši į krištolinius pirmtakus. Galiausiai, trečios kartos plonasluoksnių modulių efektyvumas jau siekė 12%, o tai jau yra reikšmingas pažanga ir konkurencingumas.

Čia panaudotas indžio vario selenidas ir kadmio teluridas leido sukurti lanksčias saulės baterijas ir nešiojamus įkroviklius, kurių efektyvumas siekia iki 10 proc., ir tai jau yra nemenkas pasiekimas, turint omenyje, kad fizikai kovoja dėl kiekvieno papildomo efektyvumo procento. Dabar atidžiau pažiūrėkime, kaip gaminamos plonasluoksnės baterijos.

Kalbant apie kadmio telūridą, jis buvo pradėtas tirti kaip šviesą sugerianti medžiaga dar aštuntajame dešimtmetyje, kai reikėjo rasti geriausią variantą naudoti kosmose. Iki šiol kadmio teluridas išlieka perspektyviausias saulės elementams. Tačiau kadmio toksiškumo klausimas kurį laiką lieka atviras.

Atlikus tyrimus buvo įrodyta, kad pavojus yra minimalus, į atmosferą išleidžiamo kadmio lygis nėra pavojingas. Efektyvumas siekia 11%, o kaina už vatą yra trečdaliu mažesnė nei silicio analogų.

Dabar vario indžio selenidas. Nemažai indžio šiandien sunaudojama kuriant plokščiuosius monitorius, todėl indį vis dėlto pakeičia galis, turintis tas pačias savybes. saulės energija… Šiuo pagrindu plėvelės baterijos pasiekia 20% efektyvumą.

Neseniai pradėtos kurti polimerinės plokštės.Čia kaip šviesą sugeriančios medžiagos tarnauja organiniai puslaidininkiai: anglies fullerenai, polifenilenas, vario ftalocianinas ir kt. Saulės elemento storis yra 100 nm, tačiau efektyvumas tik 5–6%. Tačiau tuo pačiu metu gamybos sąnaudos yra gana mažos, plėvelės yra prieinamos, lengvos ir visiškai nekenksmingos aplinkai. Dėl šios priežasties dervos plokštės yra populiarios ten, kur svarbus ekologiškumas ir mechaninis lankstumas.

Taigi šiandien gaminamų plonasluoksnių saulės elementų efektyvumas:

• Vienakristalas - nuo 17 iki 22%;

• polikristalas - nuo 12 iki 18%;

• Amorfinis silicis - nuo 5 iki 6%;

• kadmio teluridas - nuo 10 iki 12%;

• vario-indžio selenidas - nuo 15 iki 20%;

• Organiniai polimerai - nuo 5 iki 6%.

Kokios yra plonasluoksnių baterijų savybės? Visų pirma, verta atkreipti dėmesį į aukštą modulių našumą net ir išsklaidytoje šviesoje, kuri per metus suteikia iki 15% daugiau galios lyginant su kristaliniais analogais. Kitas yra gamybos išlaidų pranašumas. Didelės galios sistemose, nuo 10 kW, plonasluoksniai moduliai rodo didesnį efektyvumą, nors reikia 2,5 karto daugiau ploto.

Taigi galime įvardyti sąlygas, kada plonasluoksniai moduliai įgyja pagrįstą pranašumą. Regionuose, kuriuose daugiausia debesuota, plonasluoksnės baterijos veiks efektyviai (išsklaidyta šviesa). Regionuose, kuriuose yra karštas klimatas, plonos plėvelės yra efektyvesnės (jos veikia taip pat efektyviai esant aukštai temperatūrai, kaip ir žemoje temperatūroje). Galimybė naudoti kaip dekoratyvinius dizaino sprendimus pastatų fasadų apdailai. Galimas skaidrumas iki 20%, o tai vėlgi žaidžia į dizainerių rankas.

Tuo tarpu 2008 metais amerikiečių kompanija „Solyndra“ pasiūlė plonasluoksnes baterijas dėti ant cilindrų, kur ant stiklinio vamzdelio uždedamas fotoelemento sluoksnis, kuris įdedamas į kito vamzdžio, turinčio elektrinius kontaktus, viduje. Naudojamos medžiagos yra varis, selenas, galis, indis.

Cilindrinė konstrukcija leidžia sugerti daugiau šviesos, o vienam dviejų plokščių metrui telpa 40 cilindrų rinkinys. Svarbiausia yra tai, kad balta stogo danga prisideda prie didelio tokio sprendimo efektyvumo, nes tada veikia ir atspindėti spinduliai, kurie prideda 20% savo energijos. Be to, cilindriniai komplektai yra atsparūs net ir stipriam vėjui, kurio gūsiai siekia iki 55 m/s.

Daugumoje šiandien gaminamų saulės elementų yra tik viena pn jungtis, o fotonai, kurių energija mažesnė už juostos tarpą, generuojant tiesiog nedalyvauja. Tada mokslininkai sugalvojo būdą, kaip įveikti šį apribojimą, buvo sukurti daugiasluoksnės struktūros kaskadiniai elementai, kur kiekvienas sluoksnis turi savo juostos plotį, tai yra, kiekvienas sluoksnis turi atskirą pn sandūrą su individualia sugertos energijos reikšme. fotonai.

Viršutinis sluoksnis suformuotas iš lydinio, kurio pagrindą sudaro hidrintas amorfinis silicis, antrasis – panašus lydinys, pridedant germanio (10–15%), trečiasis – 40–50% germanio. Taigi kiekviename paskesniame sluoksnyje tarpas yra siauresnis nei ankstesnio sluoksnio, o nesugertus fotonus viršutiniuose sluoksniuose sugeria apatiniai plėvelės sluoksniai.

Taikant šį metodą, pagamintos energijos kaina yra perpus mažesnė, palyginti su tradiciniais kristalinio silicio elementais. Dėl to su trijų praėjimų plėvele buvo pasiektas 31% efektyvumas, o penkių praėjimų plėvelė žada visus 43%.

Neseniai Maskvos valstybinio universiteto specialistai sukūrė ritininio tipo saulės elementus, kurių pagrindas yra polimeras, padengtas lanksčiu organinės medžiagos substratu. Efektyvumas pasirodė tik 4%, tačiau tokios baterijos gali veikti net + 80 ° C temperatūroje 10 000 valandų. Šie tyrimai dar nebaigti.

Šveicarijos mokslininkai pasiekė 20,4% efektyvumą polimerų pagrindu, o indis, varis, selenas ir galis buvo naudojami kaip puslaidininkiai. Šiandien tai yra plonos polimerinės plėvelės elementų rekordas.

Japonijoje jie pasiekė 19,7% efektyvumą panašiuose (indžio, seleno, vario) purškimo būdu nusodintuose puslaidininkiuose. O Japonijoje pradėjo gaminti saulės audinį, buvo kuriamos medžiaginės saulės baterijos, panaudojant apie 1,2 milimetro skersmens cilindrinius elementus, pritvirtintus prie audinio. 2015 metų pradžioje šiuo pagrindu jie planavo pradėti drabužių ir skėčių nuo saulės gamybą.

Akivaizdu, kad artimiausiu metu plonasluoksnės saulės baterijos pagaliau taps visuotinai prieinamos gyventojams.Ne veltui visame pasaulyje atliekama tiek daug tyrimų, siekiant sumažinti išlaidas.