İnce Film Güneş Paneli
İdeal koşullar altında %21'e varan dönüştürme verimlilikleriyle ince kristal silisyumun verimlilik potansiyelini gösteren dünya çapında geniş bir araştırma faaliyetleri yelpazesi vardır. Çoğunlukla amaç, ilgili konsepti kanıtlamak ve en önemli elektriksel ve optik parametrelerin etkisini incelemektir.
Genel olarak, gerçekleştirilen hücrelerin çoğunun hala substrat olarak Si gofretler üzerinde yapıldığına dikkat edilmelidir. Bu tür test yapıları, konsepti kanıtlamayı ve farklı sınır koşullarının hücre performansı üzerindeki etkisini incelemeyi amaçlayan, mevcut en iyi anlaşılan malzemeler kullanılarak ideal koşullar altında yapılmıştır.
Bu ideal sistemlerden elde edilen içgörüler artık uygun maliyetli katman sistemlerine ve işleme teknolojilerine aktarılmak üzeredir. Kristal Si ince film güneş pili, son on yılda muazzam bir gelişme gördü, ancak yalnızca Astropower bu çabayı ticari olarak bulunabilen bir ürüne aktardı.
Çok sayıda farklı yaklaşım kabaca üç kategoride sınıflandırılabilir: i) doğrudan cam üzerine uygulanan Si katmanları; ii) yüksek sıcaklığa dayanıklı alt tabakalar üzerindeki Si katmanları; ve iii) cama aktarılan Si gofretlerinden yarı işlenmiş monokristal Si katmanları. Bu sınıflandırma kapsamında elde edilen bazı olağanüstü sonuçlar aşağıdaki bölümlerde tartışılacaktır.
Katmanlar
Cam yüzeylerle uyumlu tüm yaklaşımların doğal sınırlaması, camın 600◦C mertebesinde olan erime noktasıdır. Bu, hem Si birikiminin hem de güneş pili işlemenin daha uzun bir süre boyunca bu sıcaklık sınırının ötesine geçmesine izin verilmediği anlamına gelir.
Si tabakasının kristalleştirilmesi ya lazerle ya da katı fazda kristalleştirmeyle yapılabilir. Örneğin Kaneka Corp., yüksek oranda katkılı bir temas tabakasının lazerle kristalleştirilmesini ve ardından içsel bir mikro kristalli soğurucu filmin biriktirilmesini kullanır.
Bu “STAR” yapısının can alıcı özelliği (Yüzey Dokusu ve Arka Reflektörle Geliştirilmiş Absorpsiyon), pürüzlü bir yansıtıcı arka tabaka nedeniyle mükemmel bir optik sınırlama ile birleştirilmiş 5 μm'den daha az bir Si-tabakası kalınlığıdır. a-Si:H/mikrokristalin-Si/mikrokristalin Si'nin üçlü hücre yığını, %11.5'lik kararlı bir verimlilik elde etti.
Fotovoltaik Cihazlar Merkezi değişen p- ve n-doping seviyelerine sahip çok sayıda katmanın biriktirilmesini uygulayarak çok bağlantılı güneş pili konseptini araştırıyor.
Temel fikir, bu katmanlarda çok kısa azınlık taşıyıcı difüzyon uzunluklarının tolere edilebilmesi ve dolayısıyla çok saf olmayan materyallerin kullanılabilmesidir. Bu faydanın iyi bir hücre performansına dönüştürülmesi, büyük ölçüde aynı polariteye sahip katmanların elektriksel bağlantısına ve uzay yükü bölgesindeki rekombinasyona bağlıdır.
Konsepti kanıtlamak için yüksek oranda katkılı bir Cz gofreti üzerine epitaksiyel olarak uygulanan altı katmanlı bir sistemle %17,6'ya varan verimlilik elde edildi, ancak düşük maliyetli bir sistemle ilgili hiçbir sonuç bildirilmedi. Bununla birlikte, Pacific Solar, ürün geliştirmesi için cam üzerine basit bir tek katmanlı silikon sistem seçti.
Dokulu cam üzerine kaplanmış çok kristalli bir Si filminden oluşur. Film sadece 2μ'den daha kalındır. Bu film, hızlı bir düşük sıcaklıkta biriktirme ve ardından gelişmiş elektronik özellikler için daha yüksek bir sıcaklık işlemi ile üretilir. Sürecin detayları bilinmiyor.
Esnek Güneş Paneli
Thin-film solar panel
Saydam güneş paneli
Polikristal güneş paneli avantajları
Saydam güneş paneli nedir
İnce film güneş Paneli fiyatları
Monokristal Polikristal güneş paneli Farkları
Monokristal Güneş Paneli
Filmin yapısı ve modül yapısı gösterilmektedir. İnce n+pp+ silikon film, bir cam üst tabaka üzerinde biriktirilir, bu da şekilde ışığın aşağıdan geldiği anlamına gelir. Silikon önce bir yalıtkan reçine ile kaplanır, ardından metal temas yapısı gelir. P- ve n-tipi kontaklar, gösterilen ustaca bir şema ile yapılır.
Derin kraterler ve daha sığ çukurlar, lazer ateşlemeyle oluşturulur ve metal uçlara bağlanır. Tekli hücreler lazer yiv açma ile ayrılır ve hücreler metal uçlarla seri olarak bağlanır. Bu şekilde monolitik seri bağlı modüller, sonraki bölümde açıklanacak olan diğer malzemelerden ince film modüllerine benzer şekilde üretilir.
Pasifik güneş filmleri, filmin kendisinin iyi elektriksel iletkenlik sergilemesi gibi ilginç bir özelliğe sahiptir, bu da yüzeydeki iletken oksitleri gereksiz kılar.
Şu anda en iyi modüllerin verimliliği %7,25'tir; ortalama pilot üretim verimliliği %6,5'tir. Yakın gelecekte %8 ve iki yıl içinde %10 verimlilik beklenmektedir. Modüllerin mükemmel dayanıklılığı da kanıtlanmıştır.
Mevcut üretim maliyeti 1,95 ABD Doları/W olup, daha büyük hacimle birlikte bunun daha büyük üretim seferleri için 1 ABD Doları/W'a düşeceği beklentisiyle. Bu ürün şu anda pilot üretim aşamasındadır. Daha fazla gelişme, büyük ölçekli üretim için gerekli sermaye yatırımının bulunmasına bağlıdır.
Yüksek Isıya Dayanıklı Yüzeyler
Yüksek sıcaklık yaklaşımları, 1000◦C'nin üzerindeki sıcaklıklarda yüksek Si biriktirme hızlarına (∼= 5 μm/dak) ve sıvı faz (Tmelt,Si ∼ 1420◦C) yoluyla Si-yeniden kristalleştirme tekniklerine dayanır. Bu teknolojiler ile yüksek verim, sürekli hat içi işleme, büyük taneler ve dolayısıyla yüksek verimlilik elde edilebilir.
Bununla birlikte, düşük fiyata ideal teknik özelliklere sahip bir alt tabaka malzemesi henüz bulunamıyor. Genel bir kural olarak, ucuz malzemeler genellikle yüksek sıcaklıklarda, bu safsızlıkların substratlardan aktif Si tabakasına geçmesine neden olan yüksek düzeyde safsızlıklar içerir.
Ayrıca, katman hazırlama ve güneş pili işleme için işlem adımlarının karmaşıklığı, özellikle yalıtkan alt tabakalar üzerinde, kritik tarafa doğru sayılır.
Güneş Enerjisi Sistemleri Enstitüsü (ISE) üç farklı yüksek sıcaklık yaklaşımını araştırıyor:
– Yüksek katkılı silikon şerit ön tabakaları, hızlı bir termal kimyasal buhar biriktirme (RT-CVD) reaktöründe aktif Si tabakasının müteakip doğrudan epitaksiyel büyümesi için substratlar olarak kullanılır.
Güneş pilleri için katman sisteminin ısıl işlemi, safsızlıkların aktif Si tabakasına göç ettiğini hesaba katmalı ve böylece alt tabakada izin verilen maksimum kirlilik seviyesi belirlenmelidir.
– Daha sonra geçiş delikleri olan bir SiO2 tabakası ile kaplanan, alt tabaka olarak düşük kaliteli, oldukça katkılı bir Si tabakası. Deliklerin toplam alan kaplaması %0,5'tir; bu, arka elektrotla yeterli bir elektrik teması sağlamak için yeterlidir, ancak yine de safsızlıkların alt tabakadan difüzyonunu önemli ölçüde bastırır.
CVD biriktirilmiş Si tabakasının tepesi, tane boyutunu büyütmek için geniş alanlı bir yeniden kristalleştirme adımına maruz bırakılır ve geçiş deliklerinin altında bulunan Si kristalleri aracılığıyla tohumlama gerçekleşir.
– Seramik veya grafit gibi kapsüllenmiş yabancı alt tabakalar kullanılır ve ince taneli Si tabakasının yükseltilmesi, bir bölge eritme yeniden kristalleştirme adımıyla gerçekleşir.
Güneş Enerjisi ve Fosil Yakıtlar
Dünya şu anda enerjisinin çoğunu elde etmek için fosil yakıtları yakıyor olsa da, bu uzun vadeli geçerli bir çözüm değil çünkü fosil yakıtlar sınırlı bir kaynak ve sonunda tükeneceklerdir.
Dünyanın neden fosil yakıtlara alternatif araması gerektiğini şöyle açıklıyor: “Yüz milyonlarca yıl önce yaşamış bitki ve hayvanlardan oluşan ve Dünya yüzeyinin çok altına gömülen fosil yakıtlar, kalıntıları toplu olarak fosil yakıtlara dönüşüyor. yakıt olarak kullandığımız yanıcı maddeler.” Sonuç olarak, “Fosil yakıtlar yenilenemez. Tedarikleri sınırlıdır ve bir gün tükeneceklerdir.
Bu sonuçtan kaçış yok.” Amerika Birleşik Devletleri fosil yakıtlara özellikle bağımlı olan bir ülkedir; şu anda enerji ihtiyacının yaklaşık yüzde 85’ini bunlarla karşılıyor.
Eleştirmenler, dünyanın yeni fosil yakıt rezervleri keşfetmeye devam ettiğini iddia ederken, bu yeni keşifler dünyanın doymak bilmez enerji talebini karşılamak için yeterli değil. Araştırmacılar, “Bilinen petrol ve gaz sahaları olgunlaşıyor, yeni sahalar talebe yetişecek kadar hızlı keşfedilmiyor ve yeni keşifler geliştirilmesi zor yerlerde yapılıyor” diyor.
Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri’nin keşfedilen yeni arzdan çok daha yüksek bir oranda petrol ve gaz kullandığını bildiriyorlar. Araştırmacılara göre, “U.S. Geological Survey, ABD’nin son beş yılda 27 varil/yıl [yılda milyar varil] tükettiğini bildirdi, ancak biz sadece 3 varil/yıl, yani tüketimimizin bir kısmını keşfettik.” Fosil yakıtlar daha kıt ve pahalı hale geldikçe, toplum enerji ihtiyaçlarını karşılamak için başka bir bol enerji kaynağına ihtiyaç duyacaktır.
Geniş Bir Enerji Kaynağı
Güneş enerjisi, fosil yakıtlara iyi bir alternatiftir. Güneş, muazzam miktarda enerji açığa çıkaran devasa bir sıcak gaz topudur. Bu enerjinin büyük bir kısmı yeryüzüne çıkıyor ve bu, toplumun fosil yakıtlardan aldığı enerjinin yerini almaya fazlasıyla yetiyor.
DOE’ye göre dünya, güneşten her saat bir yıllık enerji ihtiyacını karşılayacak kadar enerji alıyor. Güneş enerjisi, Dünya’nın açık ara en uygun enerji kaynağıdır. Güneş enerjisi, mevcut toplam enerji talebinin birçok katını sağlayabilir.
Mevcut enerji miktarı, güneş enerjisini fosil yakıtların olası tüm ikameleri arasında en iyi seçenek haline getiriyor. Araştırmacılar
Dünya fosil yakıt rezervlerini ve çeşitli yenilenebilir kaynakların potansiyelini karşılaştırın ve güneş enerjisinin dünyanın enerji talebini karşılamak için en umut verici olduğunu bulun.
Güneş kaynağı çok geniş olduğu için, Mantık tek başına bize, mevcut potansiyeller ışığında, gezegen enerjisi geleceğinin güneş temelli olacağını söylüyor. Güneş enerjisi, hem yeterince büyük hem de gezegeni uzun vadede taşıyabilecek kadar kabul edilebilir olan, toplu konuşlandırmaya hazır tek kaynaktır.
Dünyanın bazı bölgeleri diğerlerinden daha fazla güneş kaynağına sahiptir; örneğin ekvatora en yakın ülkeler güneşten daha fazla enerji alıyor. Bununla birlikte, güneş enerjisi tüm dünyada başarıyla kullanılmaktadır. Örneğin Almanya, Amerika Birleşik Devletleri’nin çoğu bölgesinden çok daha az güneş ışığı almasına rağmen güneş enerjisinde bir dünya lideridir.
Maliyet Düşürmek
Güneş enerjisinin geleceği, daha iyi teknoloji ve daha düşük maliyetlerle sonuçlanacak ve güneş enerjisini fosil yakıtların yerine daha da iyi bir alternatif haline getirecek birçok yeniliği içerecektir. Güneş enerjisi, kömür ve doğal gaz gibi diğer enerji kaynaklarına kıyasla hala nispeten genç bir teknolojidir. İyileştirme için zaman verilirse, tıpkı diğer yakıtların sahip olduğu gibi daha verimli ve daha ucuz hale gelecek ve fosil yakıtların yerine giderek daha çekici bir alternatif olacaktır.
Tarih şimdiden güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi gibi diğer yeni yenilenebilir enerji formlarında bazı çarpıcı gelişmeler gösteriyor. Dünya Kaynakları Enstitüsü’nün İklim ve Enerji Programı’nın kıdemli üyesi Letha Tawney bu eğilimi tartışıyor.
Bugün üretilen solar PV modüllerinin, 1982’de üretilenlere göre boyutlarına göre neredeyse iki kat güç üretebileceğini söylüyor. Onlardan her son enerji damlasını sıkın.
Columbia Üniversitesi Dünya Enstitüsü’nün yönetici direktörü Steven Cohen, toplumun gelecekte güneş enerjisinde dramatik ve hayal edilemez iyileştirmeler yapmak için teknolojinin gücünü hafife almaması gerektiğini savunuyor.
Bir zamanlar iPod’lar ve cep telefonları gibi şeylerin de hayal edilemez olduğuna dikkat çekiyor ve güneş enerjisinin geleceğinin de benzer şekilde hayal edilemeyecek yenilikleri beklediğini savunuyor. “Zamanla güneş enerjisi teknolojisi, her tüketicinin dizüstü bilgisayarlarda ve cep telefonlarında gördüğü aynı iyileştirmelere ve maliyet indirimlerine tabi olacak” diyor. Bu tür iyileştirmeler, güneş enerjisini fosil yakıtlar için geçerli bir alternatif haline getirecektir.
Şebekesiz Güç
Güneş enerjisi, bol ve güçlü bir enerji biçimi olmasının yanı sıra, merkezi bir elektrik şebekesine bağlantı olmadan güç sağlama avantajına da sahiptir. Kömür yakıtlı elektrik gibi geleneksel güç türleri, büyük bir elektrik santralinde üretilir ve daha sonra elektrik hatları aracılığıyla ihtiyaç duyulan yere iletilir.
Bazı güneş enerjisi teknolojileri, güneş enerjisi santralleri inşa etmeyi ve gücü bir şebeke aracılığıyla dağıtmayı içerirken, güneş enerjisi teknolojisinin büyük bir yüzdesi, bir şebeke bağlantısı olmadan güç üretmeyi içerir.
Bir ev veya işyeri, çatısına güneş panelleri kurabilir ve elektrik şebekesinden ziyade doğrudan bu panellerden güç alabilir. Veya bir güneş enerjili su ısıtıcısı, şebekeden elektrik veya gaz gücü yerine güneş enerjisiyle çalıştırılabilir. Bu da pahalı enerji nakil hatlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
Amerika Birleşik Devletleri’ndeki en büyük elektrik şirketlerinden biri olan NRG Energy’nin CEO’su, bu tür güneş enerjisi dağıtımlı güneş enerjisinin yakın gelecekte patlayacağına inanıyor çünkü çok fazla potansiyel ve büyüme alanı var. “Önümüzdeki 3 ila 5 yıl içinde, elektriği evinizin çatısından şebekeden daha ucuza alabileceğinize inanıyoruz.