Melyek a napelemek különböző anyagai

Ha a napelemekről van szó, mindenki ismeri őket. De ha meg akarjuk különböztetni a napelemek anyagait, az nem feltétlenül ismeri a fotovoltaikus ipart, mert a különböző anyagok között még mindig jelentős különbségek vannak. Íme egy tudományos népszerűsítés, amely segít mindenkinél gyorsabban megérteni a napelemek anyagait és különbségeit.

A különbségek tárgyalása előtt hadd fejtsem ki először a szilícium, mint nyersanyag morfológiáját. A szilíciumnak kétféle allotrópja van: kristályos és amorf. A kristályos szilíciumot tovább osztják monokristályos szilíciumra és polikristályos szilíciumra. A monokristályos szilícium és a polikristályos szilícium közötti különbség elsősorban a kialakult szerkezettől függ. Amikor az olvadt elemi szilícium megszilárdul, a szilícium atomok gyémántrács formájában rendeződnek el, és sok kristálymagot képeznek. Ha ezek a kristálymagok azonos kristálysík orientációjú szemcsékké nőnek (azaz minden szemcsének egységes kristálysíkja van, és ezek a szemcsék párhuzamosak és kombinálódnak), monokristályos szilícium képződik. Ha ezek a kristálymagok különböző kristályorientációjú szemcsékké nőnek, polikristályos szilícium képződik, amely sok szennyeződést és szerkezeti hibát tartalmaz.

Ezért lényegében a monokristályos szilícium és a polikristályos szilícium alapvetően ugyanaz az anyag, mindkettő gyémánt ráccsal, kemény és rideg kristályokkal, fémes csillogással rendelkezik, és képes vezetni az elektromosságot, de vezetőképességük alacsonyabb, mint a fémeké, és a hőmérséklettel nő. Félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek, és félvezető anyagok. A kristályszerkezet és a szennyezőanyag-tartalom különbségei miatt azonban a kristály textúrája eltérő. Ebből adódóan a fény- és az áramvezetés törésmutatója is különbözik. Vessünk egy pillantást az alábbiakban a konkrét jellemzőkre.

A monokristályos szilícium napelemek monokristályos szilícium lapkákból készülnek. A monokristályos szilícium anyagokban a szilícium atomok rendezetten, periodikusan helyezkednek el a térben, hosszú távú rendeződést mutatva. Ez a rendezettség előnyös a napelemek konverziós hatékonyságának javításához. Jelenleg a monokristályos szilícium napelemek konverziós hatásfoka 14% -17%, ami akár a 24%-ot is elérheti. A gyártási folyamat kiforrott, a termékek többnyire lekerekített téglalap alakúak, fekete színűek, felületükön nem találhatók minták. Széles körben használják a repülőgépiparban és a high-tech termékekben. A monokristályos szilícium napelemek gyártási folyamata azonban összetett, időigényes, nagy energiafogyasztást igényel, és magas költségekkel jár.

A polikristályos szilícium napelemek polikristályos szilícium anyagokból készülnek, amelyek sok egykristály részecske aggregátumai. Az egyes kristályrészecskék mérete és kristály orientációja különbözik egymástól. Ezért a kristályszerkezetben hibák és szennyeződések vannak, aminek következtében a napenergia átalakítási hatásfoka körülbelül 13-15%, ami akár a 20%-ot is elérheti. A termékek többnyire derékszögű téglalapok, kék színűek, felületükön alapos vizsgálat után jégvirágszerű minták láthatók. A polikristályos szilícium napelemek a monokristályos szilícium termékekhez képest kevesebb gyártási folyamattal, rövidebb gyártási idővel és viszonylag alacsonyabb gyártási költséggel rendelkeznek, így a piacon is fontos pozíciót foglalnak el.

Amorf szilícium napelemek, kristályos szilícium napelemek, ennyi. Vannak olyan napelemei, amelyekhez nincs szükség kristályos szilíciumra? Az ilyen típusú napelemeket amorf szilícium napelemnek nevezik. Az amorf szilícium napelemek nagyon vékony amorf szilícium filmből készülnek (kb. 1 mm vastag), amely nagyon kevés szilícium anyagot fogyaszt. A szilícium félvezető vékony filmek közvetlenül felvihetők nagy üveglapokra. Az amorf szilícium előállításának folyamata és berendezése egyszerű, rövid gyártási idővel és alacsony energiafelhasználással, így tömeggyártásra is alkalmas. Ezzel szemben azonban az amorf szilícium napelemek konverziós hatásfoka mindössze 5% -8%, eléri a 13%-ot is, kissé gyenge stabilitás és nyilvánvaló hátrányok mellett.