Çift Taraflı Güneş Pilleri
Bir güneş pilinin kalınlığı difüzyon uzunluğu mertebesinde veya daha küçükse, tüm temel hacim boyunca üretilen taşıyıcılar toplanabilir ve cihazın her iki tarafında ışığa duyarlıdır. Yapılması gereken tek değişiklik, ön tarafa benzer şekilde ızgara parmakları uygulanarak hücrenin arkasının ışığa açık olması gerektiğidir.
Modülün ayrıca her iki tarafında da birer cam kapak bulunmalıdır. Bu tür hücreler bugün piyasada mevcuttur. Arka tarafta hala biraz daha düşük bir verimliliğe sahipler, ancak bu daha iyi tasarımla giderilebilir. Laboratuvar hücreleri her iki tarafta da %20'nin üzerinde verimlilik sergilemiştir.
Bifacial modüller ilginç uygulamalara sahip olabilir. Işığı her iki taraftan da toplayabilirler ve bu tür birçok uygulamada tek taraflı modüllere göre daha yüksek birleşik verime sahiptirler. Bu kitabın sistemler bölümünde iki yüzeyli modüllere geri döneceğiz.
Gömülü Temas Hücreleri
Diğer bir yüksek verimli güneş pili türü, gösterilen gömülü kontak Si güneş pilidir. Bu yapı ilk olarak 1985 yılında hayata geçirilmiş ve birçok ülkede patenti alınmıştır. Bu hücredeki önemli fark, gömülü temastır. Lazer teknolojisi kullanılarak, ızgara parmaklarını tutmak için yaklaşık 20 μm genişliğinde ve 100 μm derinliğe kadar oluklar, rastgele piramitler ilkesine göre dokulu Si gofretlerde kesilir.
Bunu izleyen aşındırma işlemi, bu işlemle yok edilen silikonu uzaklaştırır. Bu oluklar iki avantaj sağlar. İlk olarak, ticari güneş pillerinin normal ızgara yapısıyla karşılaştırıldığında gölgeleme önemli ölçüde azalır. Sadece %3 yüzey gölgeleme değerleri elde edilir.
İkincisi, oluklar temas metali ile doldurulabilir. Böylece, olukların yaklaşık yüksekliği ve dolayısıyla metalizasyon, genişliğinin yaklaşık beş katı olabilir. Konvansiyonel hücrelerde, vakumla buharlaştırılan kontaklar ve elektro kaplama ile güçlendirilmiş kontaklar için bile oran 1 : 1'dir, yani metal temas yüksekliği, genişliğine eşittir.
Beş kat yükseklik, temas parmağının direncinde 5 kat azalma anlamına gelir ve bu da önemli ölçüde daha iyi bir doldurma faktörü sağlar. Metalleştirme teknolojisi, sinterlenmiş ve daha sonra bakırla güçlendirilmiş akımsız bırakılmış nikel kontağından oluşur.
Bu teknik, fotomaske işlemleri veya yüksek vakumlu buharlaştırma teknolojileri gerektirmediğinden ve bu nedenle önemli ölçüde daha ekonomik olduğundan, seri üretimde kullanım için çok uygundur. Yayıcı yapı için çift kademeli yayıcı kullanılır, bu sayede yüksek katkılı n++ film oluklarla sınırlandırılır. p+ arka yüzey alanı, daha yüksek verimliliklere izin verir.
Bu hücrenin diğer bir avantajı, ışığın hapsedilmesini ve dolayısıyla toplam verimliliği artıran dokulu arka yüzeydir. Bu hücre tipi (geniş alan) ile üretimde ortalama %18 verim elde edilmiştir. Geliştirilmiş yansıma önleyici kaplama ve yerel arka yüzey alanı gibi özel tekniklerle laboratuvarda %21'e varan verimlilik elde edilmiştir.
Bifacial güneş Paneli
Bifacial güneş paneli Nedir
Bifacial Güneş Paneli fiyatları
Bifacial panel
Çift taraflı güneş paneli
Bifacial Nedir
Cam cam güneş Paneli
600 watt güneş paneli ölçüleri
Geri Temas Hücreleri
Önerilen IBC (Interdigitated Back Contact) yapısıdır. Adından da anlaşılacağı gibi, hem n+ hem de p+ kontakları hücrenin arkasında bulunur. Bu yapı aşağıdaki avantajlara sahiptir.
– Parmak yapısı sayesinde ışığın gölgelenmesi söz konusu değildir.
– Metal temas noktaları geniş olabilir ve neredeyse tüm arka yüzeyi kaplayabilir. Bu nedenle çok düşük empedanslıdırlar, dolayısıyla çok düşük bir seri direnç elde ederler. Bu nedenle, bu hücreler tercihen hafif konsantrasyonlu sistemlerde uygulanır.
– n+− ve p+− katmanlarının penetrasyon derinliği kritik değildir.
Bu konsept, temel katmana yalnızca küçük noktalardaki yerel temasların yapıldığı nokta temaslı güneş pili olarak daha da geliştirildi. Çok kaliteli silikon malzeme ve çok iyi yüzey pasivasyonu gerektirir.
Şimdiye kadar, yalnızca verimliliğin maliyetten daha önemli olduğu özel uygulamalar için yapıldı, ancak bu hücrenin basitleştirilmiş bir versiyonu şimdi Sun Power Corporation tarafından genel pazar için ticarileştiriliyor.
Arka Yüz Temaslı Hücreler
Silikon güneş pili teknolojisindeki son gelişmeler, ince plakaların avantajlarından yararlanmaktadır. Daha ince gofretlerin ekonomik ve fiziksel avantajları vardır. Daha ince gofret kullanmanın en önemli etkisi, hücre başına pahalı silikon malzeme miktarının azalmasıdır.
Cihaz fiziği açısından bakıldığında, arka temasta rekombinasyonun en aza indirilmesi koşuluyla, ince levhaların daha yüksek verimliliğe yol açabileceği gösterilebilir. İnce silikon plakalar, kontaklar için yeni teknolojilere izin verir. Hem n hem de p tipi kontaklar artık arka tarafa taşınabilir.
Bu görev için üç farklı teknolojik çözüm vardır:
– gösterilen iç içe geçmiş arka temas hücresinin geliştirilmiş bir versiyonu olan nokta temas hücresi.
– Hücre boyunca emitör sargısı
– verici kontağı hücre boyunca sarın.
Son iki tip silikon içinden lazerle delikler açılarak yapılır. Yayıcı sarmalı hücrede, n-tipi yayıcı hücrenin arka tarafına getirilir ve hem yayıcı hem de taban kontağı burada iç içe geçmiş şekilde yapılır.
Yayıcı difüzyonu aynı zamanda hücrenin arka kısmının çoğunu da kaplar. Yayıcı metal temas hücresi, yayıcı metal temas parmaklarının hala ön tarafta olması ancak metal dolgulu deliklerden arkaya bağlı olması farkıyla benzerdir. Bu tekniğin farkı, daha az delik gerektirmesidir.
Bu tür hücreler aşağıdaki avantajlara sahiptir:
– Metal ızgaralar tarafından ön kısım çok az veya hiç gölgelenmez, bu nedenle daha fazla ışık akımı.
– Hücrelerin ve modüllerin önü, mimari uygulamalar için önemli bir özellik olan çok düzgün bir görünüme sahiptir.
– Modüllerdeki hücrelerin seri bağlantısı çok daha basittir çünkü tüm bağlantılar aynı düzlemdedir.
– Damlatıcı birleşim hücrenin her iki tarafında olduğundan ve bu nedenle taşıyıcıların hücre kalınlığının yarısından fazla yayılmaması gerektiğinden, daha düşük kaliteli silikon malzeme kullanılabilir.
Lazer Ateşlemeli Temas Hücreleri
Lazer Ateşlemeli Temas (LFC) hücreleri, yerel arka yüzey alanına sahip LBSF gibi yüksek verimli güneş pillerinin seri üretimine olanak sağlar. Lokalize arka temaslar, pahalı fotolitografi adımlarını içerir ve bu nedenle üretim için cazip değildir.
Yeni teknoloji, kontakların hızlı lazer ateşlemesi ile bu adımı ortadan kaldırır. Hücrenin arka yüzü önce silikon nitrür film ile pasifleştirilir ve daha sonra alüminyum tabaka uygulanır.
Ardından, gofret boyunca bir q anahtarlamalı Nd-Yag lazer taranarak yerel temaslar üretilir. 10 cm'ye 10 cm'lik bir gofretin tamamı yaklaşık 2 saniyede işlenebilir. Temas noktaları 1 mm merkezlerdedir. Laboratuvar sonuçları mükemmel: %21,3'e varan verimliliklere ulaşıldı.
Rekombinasyon
Bir yarı iletkende ışığın soğurulması veya başka yollarla “fazla” yük taşıyıcılar oluşursa, termal denge bozulursa, kaynak “kapatıldıktan” sonra bu fazla yük taşıyıcıların yok edilmesi gerekir. Bu sürece rekombinasyon denir.
Rekombinasyon için en önemli mekanizmalar, ışınımsal rekombinasyon ve kusur seviyeleri yoluyla rekombinasyondur. Radyasyonlu rekombinasyon, elektronların iletim bandındn valans bandına “geri çekilmesi” ve böylece aynı sayıda deliği yok etmesidir.
Süreç, absorpsiyonun tam tersidir ve bu rekombinasyon enerjisinin bant aralığının Eg enerjisine karşılık gelmesi gerektiği açıktır. Silisyumda bu rekombinasyon absorpsiyon kadar olası değildir, bu da dolaylı yarı iletkenlerin uzun yük taşıyıcı ömürlerine sahip olması gerektiği anlamına gelir. Silikonda, baskın rekombinasyon mekanizması boşluktaki seviyeler aracılığıyladır.
Yarı iletkenlerde ömrün temel olarak safsızlıkların ve kristal kusurlarının varlığı tarafından belirlendiği bilinen bir gerçektir. Beş değerli veya üç değerlikli bir katkı maddesinin elektron yapısına sahip olmayan atomların dahil edilmesinin, bandın kenarına yakın olması gerekmeyen enerji seviyeleri ile kusur seviyelerine yol açacağı makuldür.
Yasak bandın daha derinlerinde yer alabilirler ve bu nedenle derin kusurlar olarak adlandırılırlar. Silisyumdaki farklı maddeler için bu enerji düzeylerinin bir kısmını gösterir. Yük taşıyıcılar için tuzak oldukları için “tuzak seviyeleri” olarak da adlandırılan bu safsızlık seviyeleri, yük taşıyıcıların rekombinasyonunu yüksek derecede belirler.
Yasak banttaki bir enerji seviyesi için dört temel süreç mümkündür:
– bir elektron, boş bir enerji seviyesi (1) tarafından yakalanır;
– dolu bir seviyeden iletim bandına (2) bir elektron yayılır;
– dolu bir enerji seviyesi (3) tarafından bir delik yakalanır;
– valans bandında (4) boş bir duruma bir delik yayılır.
Bir enerji seviyesi aralığın ortasına ne kadar yakınsa, rekombinasyon merkezi olarak verimliliği o kadar yüksek olur. Ayrıca atomik özellikleri de etkilidir. Elektronları ve delikleri yakalama kesitleri ile karakterize edilebilirler.
Bir yarı iletken malzemenin kalitesi, azınlık taşıyıcılar için kullanım ömrü τ ile ifade edilir. Açıkçası, iyi malzeme uzun bir ömre sahiptir. Güneş pilleri için ömürden türetilen difüzyon uzunluğu L daha da önemlidir.
Fazla bir taşıyıcının rekombinasyonla yok edilmeden önce difüzyonla hareket edebileceği mesafedir. Yalnızca p-n bağlantısından difüzyon uzunluğu kadar bir mesafe içinde soğurulan ışık elektrik çıkışına katkıda bulunabilir. Yüksek verimli hücreler, hücre kalınlığından daha büyük bir difüzyon uzunluğuna sahip olmalıdır.
Güneş paneli ile güneş pili arasındaki fark
Güneş pili Nedir
Amorf silisyum güneş Pilleri
Güneş pili Ne İşe Yarar
Güneş enerjisi ve güneş pilleri
Güneş pili çalışma Prensibi
Güneş Pili
Organik güneş pilleri
Silikon Güneş Pili
Güneş pillerinin fiziği, kristalin silikon piller için en basittir. Yarı iletken cihazların ve dolayısıyla güneş pillerinin işlevini anlamak için, bir p-n birleşimindeki süreçlerin kesin olarak anlaşılması çok önemlidir.
Birçok yarı iletken cihazın temel birimi, iki farklı katkı maddesinin doğrudan birbirine bitişik olduğu bir yarı iletken gövdedir. Aynı kafes içinde p-katkılı bir alan n-katkılı bir alanla birleşirse buna p-n bağlantısı denir.
Basit bir örnekte, silikonda her iki katkı maddesinin de aynı büyüklükte olduğunu ve aniden birleştiğini varsayıyoruz. Bu davranışı netleştirebilir. Sol taraftaki x < 0, örneğin, NA = 1016 atom/cm-3 konsantrasyonuna sahip bor atomları ile katkılanır, bu da onu p-iletken yapar. Öte yandan sağ taraf x > 0, ND = 1016 cm-3’te fosfor atomları ile katkılanabilir, bu da onu n-iletken yapar.
Serbestçe hareket eden yük taşıyıcılar, konsantrasyondaki NA’dan ND’ye ani değişimi takip etmeyecektir. Bunun yerine, konsantrasyon farkından dolayı taşıyıcılar dağılacaktır, yani p bölgesindeki delikler n bölgesine hareket edecek ve n alanındaki elektronlar p bölgesine hareket edecektir.
Difüzyon akımları oluşacaktır. Artık elektriksel olarak telafi edilmeyen iyonize alıcılar ve donörler, sabit alan yükleri olarak geride kalır. Negatif uzay yükleri sol tarafta p bölgesinde, pozitif uzay yükleri ise n bölgesinde sağ tarafta ortaya çıkar.
Buna uygun olarak, bir levha kondansatöründe meydana geldiği gibi, p-n bağlantısında, yayılan yük taşıyıcılarını difüzyona zıt yönde hareket ettirecek şekilde yönlendirilen bir elektrik alanı yaratılır. Bu süreç, bir denge sağlanana kadar veya başka bir deyişle, difüzyon akışı eşit büyüklükte bir alan akımı tarafından dengelenene kadar devam eder. Yarı iletkenin her iki tarafı da topraklanmış olsa bile (son derece büyük) bir dahili elektrik alanı mevcuttur.
p-n bağlantısı aydınlatıldığında, ışığın emildiği her yerde yük taşıyıcı çiftleri üretilecektir. Kavşaktaki güçlü alan, azınlık taşıyıcılarını kavşak boyunca çeker ve bir akım akışı oluşur. Yarı iletken cihaz termal dengede değildir, bu da elektrik gücünün bir yüke verilebileceği anlamına gelir.
Bu bir güneş pilinin temel mekanizmasıdır. Buna göre tipik bir güneş pili, bir diyot özelliğine sahip bir p-n bağlantısından oluşur. Bu özellik, standart katı hal fiziğinden türetilebilir.
I, uygulanan voltaj VA’da diyottan geçen akımdır. VT sabittir, termal voltaj olarak adlandırılır. I0, yarı iletken malzemenin tipine, doping yoğunluğuna ve kalitesine ve p-n bağlantısının kalitesine bağlı olan diyot doyma akımıdır.
Bu kavşak aydınlatılırsa, ek bir akım, ışık tarafından üretilen akım IL eklenir. Negatif işaret, kutupsallık kurallarından kaynaklanır. Şimdi akım I artık sıfır voltajda sıfır değil, IL’ye kaydırıldı. Güç, bir elektrik yüküne iletilebilir. Aydınlatmalı ve aydınlatmasız I/V karakteristiği gösterilir.
Bu şekil ayrıca üç önemli niceliği tanımlar: Voc, açık devre gerilimi, Isc, IL ile aynı olan kısa devre akımı ve V ile I ürününün maksimumda olduğu maksimum güç noktası Pm. Bu, güneş pilinin optimum çalışma noktasıdır. Pm’deki gerilim ve akım Vm ve Im’dir.
İdeal güneş hücresinin dikdörtgene yaklaşan bir özelliği olduğu açıktır. Doldurma faktörü F F = Im Vm/ Isc Voc bire yakın olmalıdır. Çok iyi kristal silisyum güneş pilleri için dolgu faktörleri %0,8 veya %80’in üzerindedir. (2.3)’ten doygunluk akımı I0’ın önemini de anlayabiliriz. Açık devre gerilimi, hücreden akım çekilmediğinde elde edilir.