תאים סולריים בסרט דק

עד 85% מהתאים הסולאריים בשוק כיום הם מודולים סולאריים גבישיים. עם זאת, מומחים מבטיחים כי טכנולוגיית הסרט הדק לייצור תאים סולאריים מתגלה כיעילה יותר ולכן היא המבטיחה ביותר מבין מודולי הקריסטל הידועים כבר.

היתרון העיקרי של טכנולוגיית הסרט הדק הוא העלות הנמוכה שלה, וזו הסיבה שיש לה את כל הסיכויים להפוך למובילה בשנים הקרובות. המודולים של הבסיס החדש הופכים את הפאנלים הסולאריים לגמישים, במובן המילולי של המילה. הם קלים וגמישים, מה שמאפשר לך למקם סוללות כאלה על כל משטח, פשוטו כמשמעו, כולל משטח הבגדים.

תאים סולאריים גמישים מבוססים על סרטי פולימר, סיליקון אמורפי, אלומיניום, קדמיום טלוריד ומוליכים למחצה אחרים, שכבר משמשים בייצור מטענים ניידים לטלפונים ניידים, מחשבים ניידים, טאבלטים, מצלמות וידאו וגאדג'טים אחרים, בצורת מתקפל קטן תאים סולאריים. אבל אם נדרש יותר כוח, אז השטח של המודול יצטרך להיות גדול יותר.

הדגימות הראשונות של תאים סולאריים בסרט דק נוצרו עם סיליקון אמורפי שהופקד על מצע, והיעילות הייתה רק 4 עד 5%, וחיי השירות לא היו ארוכים. השלב הבא של אותה טכנולוגיה היה להגדיל את היעילות ל-8% ולהאריך את חיי השירות, היא הפכה להיות דומה לקודמיו הקריסטלים. לבסוף, הדור השלישי של מודולי הסרט הדק כבר היה בעל יעילות של 12%, וזו כבר התקדמות משמעותית ותחרותיות.

אינדיום נחושת סלניד וקדמיום טלוריד המשמשים כאן אפשרו ליצור תאים סולאריים גמישים ומטענים ניידים ביעילות של עד 10%, וזה כבר הישג משמעותי, בהתחשב בכך שהפיזיקאים נלחמים על כל אחוז נוסף של יעילות. עכשיו בואו נסתכל מקרוב על איך נוצרות סוללות סרט דק.

באשר לקדמיום טלוריד, החלו לחקור אותו כחומר סופג אור עוד בשנות ה-70, כאשר היה צורך למצוא את האפשרות הטובה ביותר לשימוש בחלל. עד היום, קדמיום טלוריד נותר המבטיח ביותר עבור תאים סולאריים. עם זאת, שאלת רעילות הקדמיום נותרת פתוחה במשך זמן מה.

כתוצאה מהמחקר הוכח כי הסכנה מינימלית, רמת הקדמיום המשתחררת לאטמוספירה אינה מסוכנת. היעילות היא 11%, בעוד המחיר לוואט נמוך בשליש מזה של אנלוגי סיליקון.

עכשיו לנחושת אינדיום סלניד. כמות משמעותית של אינדיום משמשת כיום ליצירת צגי פאנל שטוחים, כך שבכל זאת אינדיום מוחלף בגליום, בעל אותן תכונות עבור אנרגיה סולארית... סוללות סרטים על בסיס זה משיגות יעילות של 20%.

לאחרונה החלו לפתח לוחות פולימרים.כאן, מוליכים למחצה אורגניים משמשים כחומרים סופחי אור: פולרנים פחמן, פוליפנילן, נחושת פתלוציאנין וכו'. עובי התא הסולארי הוא 100 ננומטר, אך היעילות היא רק 5 עד 6%. אבל יחד עם זאת, עלויות ההפקה נמוכות למדי, הסרטים סבירים, קלים וידידותיים לסביבה לחלוטין. מסיבה זו, לוחות שרף פופולריים כאשר ידידותיות לסביבה וגמישות מכנית חשובים.

אז היעילות של תאים סולריים בסרט דק המיוצרים כיום:

• גביש יחיד - מ-17 ל-22%;

• Polycrystal - מ 12 עד 18%;

• סיליקון אמורפי - 5 עד 6%;

• קדמיום טלוריד - מ-10% עד 12%;

• נחושת אינדיום סלניד - מ 15 עד 20%;

• פולימרים אורגניים - 5 עד 6%.

מה הם המאפיינים של סוללות סרט דק? קודם כל, ראוי לציין את הביצועים הגבוהים של המודולים גם באור מפוזר, שנותן עד 15% יותר כוח במהלך השנה בהשוואה לאנלוגים של קריסטל. בהמשך מגיע יתרון עלות הייצור. במערכות בעלות הספק גבוה, מ-10 קילוואט, מודולי סרט דק מראים יעילות רבה יותר, אם כי יש צורך בשטח פי 2.5.

לפיכך, אנו יכולים למנות את התנאים שבהם מודולי סרט דק זוכים ליתרון מוצדק. באזורים עם מזג אוויר מעונן בעיקר, סוללות סרט דק יעבדו ביעילות (אור מפוזר). עבור אזורים עם אקלים חם, סרטים דקים יעילים יותר (הם עובדים ביעילות בטמפרטורות גבוהות כמו בטמפרטורות נמוכות). אפשרות שימוש כפתרונות עיצוב דקורטיביים לגימור חזיתות מבנים. אפשרית שקיפות של עד 20%, מה ששוב משחק לידיים של המעצבים.

בינתיים, בשנת 2008, החברה האמריקאית Solyndra הציעה למקם סוללות סרט דק על צילינדרים, כאשר שכבת פוטו תא מונחת על צינור זכוכית המוצב בתוך צינור אחר המצויד במגעים חשמליים. החומרים המשמשים הם נחושת, סלניום, גליום, אינדיום.

העיצוב הגלילי מאפשר קליטת אור רב יותר, וסט של 40 צילינדרים מתאים למטר של שני לוחות. גולת הכותרת כאן היא שציפוי הגג הלבן תורם ליעילות הגבוהה של פתרון כזה, כי אז גם הקרניים המוחזרות פועלות ומוסיפות 20% מהאנרגיה שלהן. בנוסף, הסטים הגליליים עמידים אפילו בפני רוחות חזקות עם משבים של עד 55 מ'/ש'.

רוב התאים הסולאריים המיוצרים כיום מכילים רק צומת pn אחד, ופוטונים בעלי אנרגיה פחותה מפער הרצועה פשוט לא משתתפים ביצירת. ואז המדענים המציאו דרך להתגבר על המגבלה הזו, פותחו אלמנטים מדורגים של מבנה רב שכבתי, כאשר לכל שכבה יש רוחב פס משלה, כלומר, לכל שכבה יש צומת pn נפרד עם ערך אינדיבידואלי של האנרגיה של הנקלט פוטונים.

השכבה העליונה נוצרת מסגסוגת המבוססת על סיליקון אמורפי מוקשה, השנייה - סגסוגת דומה בתוספת גרמניום (10-15%), השלישית - בתוספת של 40 עד 50% גרמניום. לפיכך, לכל שכבה עוקבת יש פער צר יותר מזה של השכבה הקודמת, והפוטונים הלא נספגים בשכבות העליונות נספגים בשכבות הבסיסיות של הסרט.

בגישה זו, עלות האנרגיה המופקת מופחתת בחצי בהשוואה לתאי סיליקון גבישיים מסורתיים. כתוצאה מכך, הושגה יעילות של 31% בסרט של שלושה מעברים, וסרט של חמישה מעברים מבטיח 43%.

לאחרונה, מומחים מאוניברסיטת מוסקבה פיתחו תאים סולאריים מסוג גליל המבוססים על פולימר המיושם על מצע גמיש של חומר אורגני. היעילות התבררה כ-4% בלבד, אך סוללות כאלה יכולות לעבוד אפילו בטמפרטורה של +80 מעלות צלזיוס למשך 10,000 שעות. מחקרים אלו טרם הושלמו.

מדענים שוויצרים השיגו יעילות של 20.4% על בסיס פולימר, ואינדיום, נחושת, סלניום וגליום שימשו כמוליכים למחצה. כיום, זהו שיא עבור אלמנטים על סרט פולימר דק.

ביפן, הם השיגו יעילות של 19.7% במוליכים למחצה דומים (אינדיום, סלניום, נחושת). וביפן החלו לייצר בד סולארי, פאנלים סולאריים מבד פותחו באמצעות אלמנטים גליליים בקוטר של כ-1.2 מילימטרים המחוברים לבד. בתחילת 2015 הם תכננו להתחיל בייצור ביגוד ושמשיות על בסיס זה.

ברור שפאנלים סולאריים בעלי סרט דק יהפכו סוף סוף לזמינים באופן כללי לאוכלוסייה בזמן הקרוב, לא בכדי נערכים כל כך הרבה מחקרים ברחבי העולם במטרה להוזיל עלויות.