Ogniwo fotowoltaiczne przekształca światło słoneczne bezpośrednio w energię elektryczną. Proces ten zachodzi dzięki efektowi fotowoltaicznemu, który jest zarówno zjawiskiem fizycznym jak i chemicznym. Podstawową strukturę ogniwa stanowią dwa przeciwnie naładowane półprzewodniki oddzielone warstwą antyrefleksyjną. Urządzenie wytwarza energię elektryczną bez żadnych ruchomych części.
Opisuje proces, w którym światło słoneczne jest przekształcane w energię elektryczną
Ogniwo słoneczne, zwane również ogniwem fotowoltaicznym, to urządzenie, które przekształca światło słoneczne bezpośrednio w energię elektryczną. Niektóre modele są również w stanie przekształcić sztuczne światło w energię elektryczną. Podczas procesu konwersji fotony w świetle słonecznym są przekształcane w fale. Długość fali to odległość między kolejnymi punktami wzdłuż fali – informacja ta pochodzi bezpośrednio od autora portalu creen.pl.
Zbudowany z dwóch przeciwnie naładowanych półprzewodników
Półprzewodnik to urządzenie zawierające dwa przeciwnie naładowane materiały, które mogą przewodzić prąd elektryczny. Nośnikami ładunku w półprzewodnikach są elektrony i dziury. Półprzewodnik typu N ma dużą liczbę swobodnych elektronów, natomiast półprzewodnik typu P ma ograniczoną liczbę elektronów. W związku z tym dziury przenoszą większość prądu.
Przejście między tymi dwoma typami następuje na złączu dwóch półprzewodników. W konwencjonalnym półprzewodniku elektrony płyną od anody do katody, natomiast dziury płyną w przeciwnym kierunku. Proces ten nazywany jest dryfem nośników. Zachodzi on na złączu, gdzie niewielki ładunek po jednej stronie odpycha dalszą dyfuzję dziur i elektronów w drugą stronę.
Półprzewodniki typu P to najczęściej spotykane półprzewodniki, posiadające cztery elektrony walencyjne w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce. Ponieważ dzielą się one elektronami z sąsiadami, półprzewodniki te są bardzo dobrymi izolatorami i opornikami. Półprzewodnik typu P ma jednak więcej dziur niż elektronów.
Materiały półprzewodzące mogą być wykonane z wielu różnych związków. Najpopularniejszym materiałem półprzewodzącym jest krzem. Jest on łatwy w produkcji i ma dobre właściwości elektryczne i mechaniczne. Tlenek krzemu jest często stosowany w układach scalonych jako izolator pomiędzy elementami aktywnymi.
Aby półprzewodnik był efektywny jako materiał półprzewodnikowy, powinien mieć duży stopień asymetrii rezystywnej. Pozwoli to wciągnąć wzbudzone nośniki do obwodu elektrycznego i uniemożliwi im przemieszczanie się tam i z powrotem pomiędzy dwoma materiałami. Można to osiągnąć poprzez utworzenie złącza pn, czyli diody utworzonej z dwóch przeciwnie domieszkowanych materiałów półprzewodnikowych.
Produkuje energię elektryczną bez ruchomych części
Urządzenie demonstracyjne EWICON jest nowym sposobem produkcji energii elektrycznej bez ruchomych części. System składa się z baterii, źródła HVDC i pompy. Są one zamontowane na metalowej płycie, która jest izolowana ceramicznymi izolatorami. Kropelki powstające wewnątrz ramy są naładowane elektrycznie. Ruch naładowanych kropel tworzy prąd elektryczny, który może być wprowadzony do sieci elektrycznej. Technologia ta jest cichsza i ma mniej wibracji niż typowy generator.
Wymaga warstwy antyrefleksyjnej
Wszystkie ogniwa słoneczne potrzebują warstwy antyrefleksyjnej (ARC). Warstwa antyrefleksyjna jest cienką warstwą dielektryczną, która zmniejsza odbicie światła. Standardową warstwą ARC dla krzemowych ogniw słonecznych jest cienka warstwa azotku krzemu (SiNx) osadzana metodą PECVD. ARC jest zoptymalizowana pod kątem minimalnego odbicia przy 600 nm. Jego współczynnik odbicia jest większy przy innych długościach fali. Widmo widzialne światła mieści się w zakresie 380 – 740 nm.
Odbicie światła zmniejsza wydajność modułów fotowoltaicznych. Strata ta może wynosić nawet 30% potencjalnego światła. Zastosowanie warstwy antyrefleksyjnej może zredukować tę stratę, zmniejszając wymagania dotyczące testów i poprawiając wydajność. Jednowarstwowe powłoki antyrefleksyjne są również tańsze w aplikacji i zwiększą ilość światła słonecznego, które jest przechwytywane przez ogniwo fotowoltaiczne.
Warstwa antyrefleksyjna jest bardzo ważnym elementem ogniw PV. Bez tej warstwy ogniwa słoneczne nie będą w stanie absorbować światła słonecznego. W związku z tym, warstwa antyrefleksyjna musi być zoptymalizowana dla konkretnych warunków enkapsulacji. Warstwa ta powinna być wystarczająco cienka, aby zminimalizować odbicie światła i zwiększyć przewodność elektryczną ogniwa.
Nanorurki są również ważnym elementem warstwy antyrefleksyjnej. Nanorurki te są przewodnikami termicznymi i mają unikalne właściwości elektryczne. Włączenie nanorurek węglowych zwiększa współczynnik absorpcji i zmniejsza rozpraszanie światła. Cząstki Al2O3 były stosowane jako warstwa antyrefleksyjna w ogniwach fotowoltaicznych, ale obecny wynalazek zawiera nanorurki węglowe, które są osadzone w kryształach tytanianu baru. Tytanian baru jest materiałem o dobrych właściwościach optycznych, a jego wbudowanie zwiększa współczynnik absorpcji.
Aby zmniejszyć ilość światła odbijanego przez warstwę emitera, ogniwo słoneczne SHJ jest pokryte warstwą antyrefleksyjną. Grubość warstwy emitera mieści się zwykle w granicach 5-10 nm. Jednakże nc-3C-SiC-H jest przezroczysty przy krótszych długościach fali.
Powłoki antyrefleksyjne na ogniwach fotowoltaicznych mogą zwiększyć ich sprawność nawet o 8,3%. Powłoka ta może być nakładana in situ na ogniwo fotowoltaiczne lub na jego szklaną powierzchnię ochronną.
