انواع سلول های خورشیدی فتوولتائیک

انواع سلول های خورشیدی فتوولتائیک:
اغلب سلول های خورشیدی که امروزه در پشت بام خانه ها می بینید، اساساً فقط ساندویچ های سیلیکونی هستند که برای ساختن آن ها از ناخالصی هایی استفاده می شود تا هادی های الکتریکی بهتری باشند.

دانشمندان از این سلول های خورشیدی کلاسیک، عمدتاً برای تمایز آن ها از دو فناوری متفاوت و مدرن تر که به عنوان نسل دوم و سوم شناخته می شوند، به نام نسل اول یاد می کنند.

سلول خورشیدی نسل اول:
حدود 90 درصد سلول های خورشیدی جهان از ویفر سیلیکون بلوری (به اختصار c-Si)، قطعه قطعه شده از شمش های بزرگ در آزمایشگاه های بسیار تمیز و در فرایندی ساخته می شوند که ممکن است تکمیل آن یک ماه طول بکشد.

شمش ها یا به صورت بلورهای منفرد (مونوکریستال یا mono-Si) در می آیند یا حاوی چندین کریستال (پلی کریستال یا multi-Si) هستند.

سلول های خورشیدی نسل اول مانند آنچه در بالا نشان دادیم، کار می کنند: آن ها از یک پیوند ساده و بین لایه های سیلیکون نوع n و p استفاده می کنند که از شمش های جداگانه برش داده و ورقه ای شده اند.

شمش نوع n با گرم کردن تکه های سیلیسیم با مقادیر کمی فسفر، آنتیموان یا آرسنیک به عنوان آلاینده ساخته می شود، در حالی که در یک شمش نوع p از بور به عنوان آلاینده استفاده می شود. سپس برش های سیلیکون نوع n و p ذوب می شوند تا محل پیوند ایجاد شود.

یک پوشش ضد بازتاب نیز اضافه می شود که جذب نور را بهبود می بخشد و به سلول های فتوولتائیک رنگ آبی مشخص، شیشه محافظ در جلو و پشت پلاستیکی و اتصالات فلزی می دهد تا سلول بتواند به مدار وصل شود.

البته اتصال pn ساده اساس کار اکثر سلول های خورشیدی است. تقریباً همه سلول های خورشیدی سیلیکونی فتوولتائیک که از سال 1954 که دانشمندان آزمایشگاه های بل روی این فناوری کار کردند تا امروز با تابش نور خورشید به سیلیکونی که از شن استخراج می شود، برق تولید می کنند.

سلول خورشیدی نسل دوم:
سلول های خورشیدی کلاسیک ویفرهای نسبتاً نازکی هستند؛ عموماً ضخامتی به اندازه کسری از میلی متر (حدوداً 200 میکرومتر). اما این ها در مقایسه با سلول های نسل دوم، معروف به سلول های خورشیدی با لایه نازک (TPSC) یا فتوولتائیک با لایه نازک (TFPV) هستند که تقریباً 100 برابر بار دیگر نازک تر هستند (ضخامت چند میکرومتر یا میلیونم متر) خود ضخیم به حساب می آیند.

اگرچه اکثر این سلول ها هنوز از سیلیکون ساخته شده اند (شکل متفاوتی به سیلیکون آمورف (a-Si) که در آن اتم ها به طور تصادفی قرار می گیرند، نه اینکه دقیقاً در یک ساختار بلوری منظم مرتب شوند)، برخی از آن ها از مواد دیگر، به ویژه از کادمیوم تلورید (Cd -Te) و دی سلنید گالیوم ایندیم مس (CIGS) تشکیل می شوند.

سلول های خورشیدی نسل دوم به دلیل نازک، سبک و قابل انعطاف بودن، می توانند روی پنجره ها، نورگیرها، کاشی های سقف و انواع «لایه های زیرین» از جمله فلزات، شیشه و پلیمرها (پلاستیک ها) نصب شوند.

سلول های نسل دوم که در مقابل افزایش انعطاف پذیری خود، بهره وری را از دست می دهند.

سلول های خورشیدی کلاسیک و نسل اول هنوز از سلول های نسل دوم بازده بهتری دارند. بنابراین اگرچه ممکن است یک سلول درجه یک نسل اول به بازدهی 15 تا 20 درصد برسد، سیلیکون آمورف برای به دست آوردن بازدهی بالاتر از 7 درصد چالش دارد.

بهترین سلول های Cd-Te با فیلم نازک فقط حدود 11 درصد بازدهی دارد.

سلول های CIGS نیز بهتر از این نیستند و بازدهی آن ها از 7 تا 12 درصد است. این یکی از دلایلی است که علی رغم مزیت های عملی آن ها، سلول های نسل دوم تاکنون تأثیر نسبتاً کمی بر بازار انرژی خورشیدی داشته اند.

سلول خورشیدی نسل سوم:
آخرین فناوری ها بهترین ویژگی های سلول های نسل اول و دوم را ترکیب کرده اند. مانند سلول های نسل اول، سلول های نسل سوم نوید بازده نسبتاً بالایی را می دهند (30 درصد یا بیشتر).

از طرف دیگر، مشابه سلول های نسل دوم، به احتمال زیاد از موادی غیر از سیلیکون «ساده» مانند سیلیکون آمورف، پلیمرهای آلی (سازنده فتوولتائیک آلی، OPV) و بلورهای پروسکایت ساخته می شوند و چندین پیوند از مواد نیمه هادی مختلف دارند (از چند لایه ساخته شده اند).

در حالت ایده آل، ویژگی های بالا سلول های نسل سوم را نسبت به سلول های نسل اول یا نسل دوم ارزان تر، کارآمدتر و کاربردی تر می کند.

در حال حاضر، رکورد جهانی بازدهی برای نسل سوم سلول خورشیدی 28 درصد است که توسط یک سلول خورشیدی دومرحله ای سیلیکون-پروسکایت در دسامبر 2018 به دست آمده است.