Z czego robi się ogniwa fotowoltiaczne

Z czego robi się ogniwa fotowoltiaczne

03.07.2014

Najpowszechniejszym materiałem używanym do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest krzem. Największe sprawności przetwarzania promieniowania słonecznego (do 30 %) uzyskuje się z ogniw wytworzonych z arsenku galu, ale są to ogniwa najdroższe i dlatego są stosowane przede wszystkim w technologiach kosmicznych.


Istnieje wiele różnych typów ogniw fotowoltaicznych w zależności od używanego materiału (krzem, półprzewodniki złożone, półprzewodniki organiczne, itd.) i struktury materiału (monokrysztaliczna, polikrysztaliczna, amorficzna). Wśród nich możemy wyróznić:

  • ogniwa fotowoltaiczne z krzemu monokrystalicznego,
  • ogniwa fotowoltaiczne z krzemu polikrystalicznego,
  • cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne z krzemu amorficznego,
  • cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne ze związków półprzewodnikowych.


Typowe ogniwo fotowoltaiczne to płytka półprzewodnikowa z krzemu krystalicznego lub polikrystalicznego, w której została uformowana bariera potencjału. Grubość płytek wympso ok. 200-400 mikrometrów. Na przednią i tylnią stronę płytki naniesione są metaliczne połączenia, będące kontaktami i pozwalające płytce działać jako ogniwo fotowoltaiczne.

Ogniwa z krzemu monokrystalicznego wykonywane są płytek o kształcie okrągłym, a następnie są one przycinane na kwadraty dla zwiększenia upakowania na powierzchni modułu. Monokrystaliczne ogniwa fotowoltaiczne wykazują najwyższe sprawności konwersji ze wszystkich ogniw krzemowych, jednakże również są najdroższe w produkcji. 

Polikrystaliczne ogniwa krzemowe wykonane są z dużych prostopadłościennych bloków krzemu, wytwarzanych w specjalnych piecach, które powoli oziębiają roztopiony krzem, aby zainicjować wzrost polikryształu o dużych ziarnach. Bloki te są cięte na prostokątne płytki, w których również formowana jest bariera potencjału. Polikrystaliczne ogniwa są w mniejszym stopniu wydajne niż monokrystaliczne, ale ich koszt produkcji jest niższy. 

Obecnie przemysł fotowoltaiczny oparty jest głównie na krzemie krystalicznym i polikrystalicznym. Podstawowymi zaletami tej technologii są:

  • możliwość wykorzystania doświadczeń bardzo dobrze rozwiniętego przemysłu półprzewodnikowego (mikroelektroniki), 
  • relatywnie wysokie sprawności przetwarzania promieniowania słonecznego, 
  • prostota i bardzo dobra stabilność pracy.

Jednakże ogniwa takie są stosunkowo grube i zużywając dużo ilości kosztownego materiału, mają ograniczoną wielkość i muszą być łączone, a więc moduły nie są monolitycznie zintegrowane.

Następna generacja ogniw fotowoltaicznych opiera się na technologiach cienkowarstwowych. Dzięki stosowaniu jedynie bardzo cienkich warstw (grubości pojedynczych mikrometrów) drogiego materiału półprzewodnikowego na tanich podłożach o dużej powierzchni można znacznie zredukować całkowity koszt ogniwa fotowoltaicznego. Najbardziej zaawansowane ogniwa cienkowarstwowe wykonane są z krzemu amorficznego i jego stopów.

 


Ogniwa z krzemu amorficznego są powszechnie używane w produktach wymagających małej mocy zasilania (kalkulatory kieszonkowe, zegarki, itp.). Zaletami ogniw wytworzonych z krzemu amorficznego są:

  • mały koszt materiału, 
  • niewielkie zużycie energii przy produkcji modułu, 
  • możliwość osadzania na giętkich podłożach, 
  • zintegrowane połączenia ogniw i możliwość uzyskania dużych powierzchni. 


Ogniwa z krzemu amorficznego produkowane są w dowolnych kształtach i rozmiarach oraz projektowane w sposób umożliwiający integrację z fasadami i dachami budynków lub w postaci dachówek. Mogą być one projektowane jako nieprzezroczyste lub półprzezroczyste. Jednakże wydajność ogniwa jest niższa niż w przypadku krzemu krystalicznego. Innymi materiałami używanymi do wyrobu ogniw cienkowarstwowych są tellurek kadmu i selenek indowo-miedziowy.

« Powrót