Sel surya film tipis

Hingga 85% sel surya yang ada di pasaran saat ini adalah modul surya kristal. Namun, para ahli memastikan bahwa teknologi film tipis untuk produksi sel surya ternyata lebih efisien dan karenanya paling menjanjikan dari modul kristal yang sudah dikenal.

Keuntungan utama dari teknologi film tipis adalah biayanya yang rendah, oleh karena itu memiliki setiap peluang untuk menjadi pemimpin di tahun-tahun mendatang. Modul dasar baru membuat panel surya fleksibel, dalam arti sebenarnya. Mereka ringan dan fleksibel, yang memungkinkan Anda menempatkan baterai semacam itu di permukaan apa pun, termasuk permukaan pakaian.

Sel surya fleksibel didasarkan pada film polimer, silikon amorf, aluminium, telluride kadmium dan semikonduktor lainnya, yang sudah digunakan dalam produksi pengisi daya portabel untuk ponsel, laptop, tablet, kamera video dan gadget lainnya, dalam bentuk lipat kecil sel surya. Tetapi jika lebih banyak daya yang dibutuhkan, maka luas modul harus lebih besar.

Sampel pertama sel surya film tipis dibuat dengan silikon amorf yang diendapkan pada substrat, dan efisiensinya hanya 4 hingga 5%, dan masa pakai tidak lama. Langkah selanjutnya dari teknologi yang sama adalah meningkatkan efisiensi hingga 8% dan memperpanjang masa pakai, ini menjadi sebanding dengan pendahulunya yang kristal. Terakhir, modul film tipis generasi ketiga sudah memiliki efisiensi 12%, yang sudah merupakan kemajuan dan daya saing yang signifikan.

Selenida tembaga indium dan telurida kadmium yang digunakan di sini telah memungkinkan untuk membuat sel surya fleksibel dan pengisi daya portabel dengan efisiensi hingga 10%, dan ini sudah merupakan pencapaian yang signifikan, mengingat fisikawan berjuang untuk setiap persentase tambahan efisiensi. Sekarang mari kita lihat lebih dekat bagaimana baterai film tipis dibuat.

Adapun telluride kadmium, itu mulai dipelajari sebagai bahan penyerap cahaya pada tahun 1970-an, ketika perlu untuk menemukan opsi terbaik untuk digunakan di luar angkasa. Sampai hari ini, telluride kadmium tetap yang paling menjanjikan untuk sel surya. Namun, pertanyaan tentang toksisitas kadmium tetap terbuka untuk beberapa waktu.

Dari hasil penelitian diketahui bahwa bahayanya minimal, kadar kadmium yang terlepas ke atmosfir tidak berbahaya. Efisiensinya 11%, sedangkan harga per watt sepertiga lebih rendah dari analog silikon.

Sekarang untuk tembaga indium selenide. Sejumlah besar indium saat ini digunakan untuk membuat monitor panel datar, jadi indium digantikan oleh galium, yang memiliki sifat yang sama untuk energi matahari… Baterai film atas dasar ini mencapai efisiensi 20%.

Baru-baru ini, panel polimer mulai dikembangkan.Di sini, semikonduktor organik berfungsi sebagai bahan penyerap cahaya: fullerene karbon, polifenilena, tembaga phthalocyanine, dll. Ketebalan sel surya adalah 100 nm, namun efisiensinya hanya 5 sampai 6%. Tetapi pada saat yang sama, biaya produksinya cukup rendah, filmnya terjangkau, ringan, dan sepenuhnya ramah lingkungan. Untuk alasan ini, panel resin populer di mana keramahan lingkungan dan fleksibilitas mekanis penting.

Jadi efisiensi sel surya film tipis yang diproduksi saat ini:

• Kristal tunggal — dari 17 hingga 22%;

• Polikristal — dari 12 hingga 18%;

• Silikon amorf — 5 sampai 6%;

• Cadmium telluride — dari 10 sampai 12%;

• Tembaga-indium selenida — dari 15 sampai 20%;

• Polimer organik — 5 hingga 6%.

Apa karakteristik baterai film tipis? Pertama-tama, perlu diperhatikan kinerja modul yang tinggi bahkan dalam cahaya yang tersebar, yang memberikan daya hingga 15% lebih banyak selama setahun dibandingkan dengan analog kristal. Berikutnya adalah keunggulan biaya produksi. Dalam sistem daya tinggi, dari 10 kW, modul film tipis menunjukkan efisiensi yang lebih besar, meskipun dibutuhkan area 2,5 kali lebih banyak.

Dengan demikian, kita dapat menyebutkan kondisi ketika modul film tipis mendapatkan keuntungan yang dapat dibenarkan. Di daerah dengan sebagian besar cuaca mendung, baterai film tipis akan bekerja secara efisien (menyebarkan cahaya). Untuk daerah dengan iklim panas, film tipis lebih efisien (mereka bekerja sama efektifnya pada suhu tinggi seperti pada suhu rendah). Kemungkinan digunakan sebagai solusi desain dekoratif untuk menyelesaikan fasad bangunan. Transparansi hingga 20% dimungkinkan, yang lagi-lagi berperan di tangan desainer.

Sementara itu, pada tahun 2008, perusahaan Amerika Solyndra mengusulkan untuk menempatkan baterai film tipis pada silinder, di mana lapisan fotosel diterapkan pada tabung kaca yang ditempatkan di dalam tabung lain yang dilengkapi dengan kontak listrik. Bahan yang digunakan adalah tembaga, selenium, gallium, indium.

Desain silinder memungkinkan lebih banyak cahaya untuk diserap, dan satu set 40 silinder muat per meter dari dua panel. Sorotan di sini adalah bahwa lapisan atap putih berkontribusi pada efisiensi tinggi dari solusi semacam itu, karena sinar yang dipantulkan juga bekerja, menambah 20% energinya. Selain itu, set silinder bahkan tahan terhadap angin kencang dengan hembusan hingga 55 m / s.

Sebagian besar sel surya yang diproduksi saat ini hanya berisi satu persimpangan pn, dan foton dengan energi kurang dari celah pita sama sekali tidak berpartisipasi dalam pembangkitan. Kemudian para ilmuwan menemukan cara untuk mengatasi batasan ini, elemen kaskade dari struktur multilayer dikembangkan, di mana setiap lapisan memiliki lebar pitanya sendiri, yaitu, setiap lapisan memiliki sambungan pn terpisah dengan nilai energi individu yang diserap. foton.

Lapisan atas dibentuk dari paduan berbasis silikon amorf terhidrogenasi, yang kedua - paduan serupa dengan penambahan germanium (10-15%), yang ketiga - dengan penambahan 40 hingga 50% germanium. Dengan demikian, setiap lapisan berikutnya memiliki celah yang lebih sempit daripada lapisan sebelumnya, dan foton yang tidak terserap di lapisan atas diserap oleh lapisan film di bawahnya.

Dalam pendekatan ini, biaya energi yang dihasilkan dibelah dua dibandingkan dengan sel silikon kristal tradisional. Hasilnya, efisiensi 31% dicapai dengan film tiga lintasan, dan film lima lintasan menjanjikan 43% semuanya.

Baru-baru ini, spesialis dari Universitas Negeri Moskow telah mengembangkan sel surya tipe gulungan berdasarkan polimer yang diterapkan pada substrat bahan organik yang fleksibel. Efisiensinya ternyata hanya 4%, tetapi baterai semacam itu dapat bekerja bahkan pada + 80 ° C selama 10.000 jam. Studi-studi ini belum selesai.

Ilmuwan Swiss mencapai efisiensi 20,4% berdasarkan polimer, dan indium, tembaga, selenium, dan galium digunakan sebagai semikonduktor. Hari ini, ini adalah rekor elemen pada film polimer tipis.

Di Jepang, mereka mencapai efisiensi 19,7% dalam semikonduktor yang serupa (indium, selenium, tembaga). Dan di Jepang mereka mulai memproduksi kain solar, panel surya kain dikembangkan menggunakan elemen silinder berdiameter sekitar 1,2 milimeter yang melekat pada kain. Pada awal 2015, mereka berencana memulai produksi pakaian dan pelindung matahari atas dasar ini.

Jelas bahwa panel surya film tipis akhirnya akan tersedia secara umum untuk populasi dalam waktu dekat.Bukan tanpa alasan begitu banyak penelitian dilakukan di seluruh dunia untuk mengurangi biaya.