Plānas plēves saules baterijas

Līdz pat 85% no mūsdienu tirgū esošajām saules baterijām ir kristāliski saules moduļi. Tomēr eksperti apliecina, ka plānās kārtiņas tehnoloģija saules bateriju ražošanai izrādās efektīvāka un līdz ar to perspektīvākā no jau zināmajiem kristāla moduļiem.

Plānās plēves tehnoloģijas galvenā priekšrocība ir tās zemās izmaksas, tāpēc tai ir visas iespējas nākamajos gados kļūt par līderi. Jaunās bāzes moduļi padara saules paneļus elastīgus šī vārda tiešā nozīmē. Tie ir viegli un elastīgi, kas ļauj novietot šādas baterijas burtiski uz jebkuras virsmas, ieskaitot apģērba virsmu.

Elastīgo saules bateriju pamatā ir polimēru plēves, amorfs silīcijs, alumīnijs, kadmija telurīds un citi pusvadītāji, kurus jau izmanto mobilo tālruņu, klēpjdatoru, planšetdatoru, videokameru un citu sīkrīku pārnēsājamo lādētāju ražošanā mazu salokāmu ierīču veidā. saules baterijas. Bet, ja ir nepieciešama lielāka jauda, ​​tad moduļa laukumam būs jābūt lielākam.

Pirmie plānslāņa saules bateriju paraugi tika izgatavoti ar amorfu silīciju, kas uzklāts uz substrāta, un efektivitāte bija tikai 4 līdz 5%, un kalpošanas laiks nebija ilgs. Nākamais šīs pašas tehnoloģijas solis bija palielināt efektivitāti līdz 8% un pagarināt kalpošanas laiku, tā kļuva salīdzināma ar kristāla priekštečiem. Visbeidzot, trešās paaudzes plānslāņa moduļu efektivitāte jau bija 12%, kas jau ir ievērojams progress un konkurētspēja.

Šeit izmantotais indija vara selenīds un kadmija telurīds ir ļāvis izveidot elastīgas saules baterijas un portatīvos lādētājus ar efektivitāti līdz pat 10%, un tas jau ir ievērojams sasniegums, ņemot vērā, ka fiziķi cīnās par katru papildu efektivitātes procentu. Tagad aplūkosim tuvāk, kā tiek izgatavotas plānās plēves baterijas.

Kas attiecas uz kadmija telurīdu, to kā gaismu absorbējošu materiālu sāka pētīt tālajā 20. gadsimta 70. gados, kad bija nepieciešams atrast labāko variantu izmantošanai kosmosā. Līdz šai dienai kadmija telurīds joprojām ir visdaudzsološākais saules baterijām. Tomēr jautājums par kadmija toksicitāti kādu laiku paliek atklāts.

Pētījuma rezultātā tika pierādīts, ka bīstamība ir minimāla, atmosfērā izdalītā kadmija līmenis nav bīstams. Efektivitāte ir 11%, savukārt cena par vatu ir par trešdaļu zemāka nekā silīcija analogiem.

Tagad par vara indija selenīdu. Plakano paneļu monitoru radīšanai mūsdienās izmanto ievērojamu daudzumu indija, tāpēc indiju tomēr aizstāj ar galliju, kuram ir tādas pašas īpašības saules enerģija… Uz šī pamata plēves akumulatori sasniedz 20% efektivitāti.

Nesen ir sākta polimēru paneļu izstrāde.Šeit par gaismu absorbējošiem materiāliem kalpo organiskie pusvadītāji: oglekļa fullerēni, polifenilēns, vara ftalocianīns u.c. Saules baterijas biezums ir 100 nm, bet efektivitāte ir tikai 5 līdz 6%. Bet tajā pašā laikā ražošanas izmaksas ir diezgan zemas, plēves ir pieejamas, vieglas un pilnīgi videi draudzīgas. Šī iemesla dēļ sveķu paneļi ir populāri vietās, kur svarīga ir videi draudzīgums un mehāniskā elastība.

Tātad šodien ražoto plānslāņa saules bateriju efektivitāte:

• Viens kristāls - no 17 līdz 22%;

• polikristāls - no 12 līdz 18%;

• Amorfs silīcijs - 5 līdz 6%;

• kadmija telurīds - no 10 līdz 12%;

• Vara-indija selenīds - no 15 līdz 20%;

• Organiskie polimēri - 5 līdz 6%.

Kādas ir plānās plēves akumulatoru īpašības? Pirmkārt, ir vērts atzīmēt moduļu augsto veiktspēju pat izkliedētā gaismā, kas gada laikā dod līdz pat 15% vairāk jaudas, salīdzinot ar kristāla analogiem. Tālāk seko ražošanas izmaksu priekšrocība. Lieljaudas sistēmās, sākot no 10 kW, plānās kārtiņas moduļi uzrāda lielāku efektivitāti, lai gan ir nepieciešams 2,5 reizes lielāks laukums.

Tādējādi varam nosaukt apstākļus, kad plānslāņa moduļi iegūst pamatotu priekšrocību. Reģionos ar pārsvarā mākoņainu laiku plānās plēves baterijas darbosies efektīvi (izkliedēta gaisma). Reģioniem ar karstu klimatu plānās plēves ir efektīvākas (tās darbojas tikpat efektīvi gan augstā temperatūrā, gan zemā temperatūrā). Iespēja izmantot kā dekoratīvus dizaina risinājumus ēku fasāžu apdarei. Iespējama caurspīdīgums līdz 20%, kas atkal spēlē dizaineru rokās.

Savukārt 2008. gadā amerikāņu kompānija Solyndra ierosināja novietot plānās kārtiņas baterijas uz cilindriem, kur stikla caurulei tiek uzklāts fotoelementa slānis, kas tiek ievietots citas caurules iekšpusē, kas aprīkota ar elektriskiem kontaktiem. Izmantotie materiāli ir varš, selēns, gallijs, indijs.

Cilindriskais dizains ļauj absorbēt vairāk gaismas, un uz vienu divu paneļu metru ir piemērots 40 cilindru komplekts. Šeit galvenais ir tas, ka baltais jumta pārklājums veicina šāda risinājuma augstu efektivitāti, jo tad darbojas arī atstarotie stari, pievienojot 20% savas enerģijas. Turklāt cilindriskie komplekti ir izturīgi pat pret spēcīgiem vējiem ar brāzmām līdz 55 m / s.

Lielākā daļa mūsdienās ražoto saules bateriju satur tikai vienu pn savienojumu, un fotoni, kuru enerģija ir mazāka par joslas spraugu, vienkārši nepiedalās ģenerēšanā. Tad zinātnieki nāca klajā ar veidu, kā pārvarēt šo ierobežojumu, tika izstrādāti daudzslāņu struktūras kaskādes elementi, kur katram slānim ir savs joslas platums, tas ir, katram slānim ir atsevišķs pn savienojums ar individuālu absorbētās enerģijas vērtību. fotoni.

Augšējais slānis ir veidots no sakausējuma, kura pamatā ir hidrogenēts amorfs silīcijs, otrais ir līdzīgs sakausējums, pievienojot germāniju (10-15%), trešais - ar 40 līdz 50% germānija. Tādējādi katram nākamajam slānim ir atstarpe, kas ir šaurāka nekā iepriekšējā slānī, un augšējos slāņos neabsorbētos fotonus absorbē plēves apakšējie slāņi.

Izmantojot šo pieeju, saražotās enerģijas izmaksas tiek samazinātas uz pusi, salīdzinot ar tradicionālajām kristāliskā silīcija elementiem. Rezultātā ar trīs kārtu plēvi tika sasniegta efektivitāte 31%, bet piecu kārtu plēve sola visus 43%.

Nesen Maskavas Valsts universitātes speciālisti ir izstrādājuši ruļļu tipa saules baterijas, kuru pamatā ir polimērs, kas uzklāts uz elastīga organiskā materiāla substrāta. Efektivitāte izrādījās tikai 4%, bet šādas baterijas var strādāt pat + 80 ° C temperatūrā 10 000 stundu. Šie pētījumi vēl nav pabeigti.

Šveices zinātnieki sasniedza 20,4% efektivitāti uz polimēru bāzes, un kā pusvadītāji tika izmantoti indijs, varš, selēns un gallijs. Šodien tas ir rekords elementiem uz plānas polimēra plēves.

Japānā tie sasniedza 19,7% efektivitāti līdzīgos (indija, selēna, vara) uzputināšanas pusvadītājos. Un Japānā viņi sāka ražot saules audumu, tika izstrādāti auduma saules paneļi, izmantojot cilindriskus elementus, kuru diametrs bija apmēram 1,2 milimetri, kas piestiprināti pie auduma. 2015. gada sākumā viņi plānoja uz šī pamata uzsākt apģērbu un saulessargu ražošanu.

Acīmredzams, ka plānās kārtiņas saules paneļi tuvākajā laikā beidzot kļūs vispārēji pieejami iedzīvotājiem.Ne velti visā pasaulē tiek veikti tik daudz pētījumu, lai samazinātu izmaksas.