Zonnepanelen internet

advertisement
De „photovoltaic“ term komt uit Grieks φώς:phos betekenend „licht“, en „voltaic“, betekenen
elektro, van de naam van Italiaans fysicus Volta, na die de metingseenheid volt wordt
genoemd. De „photo-voltaic“ term is in gebruik in het Engels sinds 1849 geweest. [1]
Het photovoltaic effect werd eerst binnen erkend 1839 door Franse fysicus AlexandreEdmond Becquerel. Nochtans, was het niet tot 1883 dat de eerste zonnecel werd gebouwd,
langs Charles Fritts, die met een laag bedekte halfgeleider selenium met een uiterst dunne
laag van goud om de verbindingen te vormen. Het apparaat was slechts rond efficiënte 1%.
Russell Ohl patenteerde de moderne zonnecel in 1946 (De V.S. Octrooi 2.402.662 , "Licht
gevoelig apparaat"). Sven Ason Berglund had een vroeger octrooi betreffende methodes om
de capaciteit fotogevoelige cellen te verbeteren. De moderne leeftijd van
zonnemachtstechnologie kwam in 1954 aan toen De Laboratoria van de klok,
experimenterend met halfgeleiders, vond toevallig dat het silicium dat met bepaalde
onzuiverheden wordt gesmeerd voor licht zeer gevoelig was.
Dit resulteerde in de productie van de eerste praktische zonnecellen met een de
omzettingsefficiency van de zonlichtenergie van rond 6 percenten. Rusland lanceerde de
eerste kunstmatige satelliet in 1957, en de eerste kunstmatige satelliet van Verenigde Staten
werd gelanceerd in 1958 gebruikend zonnecellen die door Peter Iles in een inspanning
worden die door Hoffman Electronics aan de spits van wordt gestaan gecreërd van. Het
eerste ruimtevaartuig om zonnepanelen te gebruiken was de satelliet van de V.S.
Ontdekkingsreiziger 1 in Januari 1958. Deze mijlpaal leidde tot rente in het produceren en
lancering a geostationair mededelingen satelliet, waarin de zonne-energie een haalbare
machtslevering zou verstrekken. Dit was een essentiële ontwikkeling die financiering van
verscheidene overheden in onderzoek voor betere zonnecellen bevorderde.
In 1970 eerste hoogst efficiënt GaAs heterostructuur de zonne cellen werden langs
gecre�ërd Zhores Alferov en zijn team in De USSR. [2][3][4] De productiemateriaal Damp van
het metaal werd het Organische van het Deposito van de Chemische (MOCVD, of OMCVD)
niet ontwikkeld tot de vroege jaren '80, die de capaciteit van bedrijven beperken om de GaAs
zonnecel te vervaardigen. In de Verenigde Staten, eerste 17% efficiënte luchtmassa nul
(AM0) enig-verbindingsGaAs werden de zonnecellen vervaardigd in productiehoeveelheden
in 1988 door het Toegepaste Bedrijf van de Zonne-energie (ASEC). De „dubbele verbindings“
cel werd toevallig geproduceerd in hoeveelheid door ASEC in 1989 als resultaat van de
verandering van GaAs op GaAs substraten aan GaAs de substraten op van het Germanium
(Duitsland). Het toevallige smeren van Duitsland met de GaAs bufferlaag leidde tot hogere
open kringsvoltages, die het potentieel van het gebruiken van het substraat van Duitsland als
een andere cel aantonen. Aangezien GaAs de enig-verbindingscellen 19% bedekten AM0 de
productie efficiency in 1993, ASEC ontwikkelde de eerste dubbele verbindingscellen voor
ruimtevaartuiggebruik in de Verenigde Staten, met een beginnende efficiency van ongeveer
20%. Deze cellen gebruikten niet Duitsland als tweede cel, maar gebruikten een andere op
gaAs-Gebaseerde cel met het verschillende smeren. Uiteindelijk GaAs de dubbele efficiency
van de verbindingscellen bereikte productie van ongeveer 22%. De drievoudige zonnecellen
van de Verbinding begonnen met AM0 de efficiency van ongeveer 24% in 2000, 26% in 2002,
28% in 2005, en in 2007 heeft aan een 30% geëvolueerde AM0 productie efficiency,
momenteel in kwalificatie. In 2007, twee bedrijven in de Verenigde Staten, Emcore
Photovoltaics en Spectrolab, produceer 95% van de 28% efficiënte zonnecellen van de
wereld.
Drie generaties van zonnecellen
De mogelijke verwijzing gelieve te bevestigen. teruggewonnen 2008-05-22.
eerste photovoltaic generatie de cel bestaat uit een groot-gebied, single-crystal, enige laag
p-n verbinding diode, geschikt voor bruikbaar produceren elektro energie uit lichtbronnen met
golflengten van zonlicht. Deze cellen worden typisch gemaakt gebruikend een
verspreidingsproces met silicium wafeltjes. Photovoltaic cellen van de eerste generatie (die
ook als silicium op wafeltje-gebaseerde zonnecellen worden bekend) zijn de dominante
technologie in de commerciële productie van zonnecellen, die meer dan 86% van de aardse
zonnecelmarkt vertegenwoordigen.
tweede generatie van photovoltaic materialen is gebaseerd op het gebruik van dunne
epitaxial stortingen van halfgeleiders op rooster-aangepaste wafeltjes. Er zijn twee klassen
van epitaxial photovoltaics - ruimte en aards. De ruimte cellen hebben typisch hogere AM0
efficiency (28-30%) in productie, maar hebben hogere kosten per watts. Hun „thin-film“ neven
zijn ontwikkeld gebruikend goedkopere processen, maar gehad lagere AM0 efficiency (710%) in productie en zijn twijfelachtig voor ruimtetoepassingen. De komst van thin-film
technologie droeg tot een voorspelling van zeer lagere kosten voor dunne film zonnecellen bij
die nog heeft worden bereikt. Er zijn momenteel (2007) een aantal
technologieën/halfgeleidermaterialen in onderzoek of in massaproductie. De voorbeelden
omvatten amorf silicium, polycrystalline silicium, micro-crystalline silicium, cadmium telluride,
het selenide/het sulfide van het koperindium. Een voordeel van thin-film technologie resulteert
theoretisch in verminderde massa zodat staat toe het geschikt panelen op lichte of flexibele
materialen, zelfs textiel. De komst van dunne op gaAs-Gebaseerde films voor
ruimtetoepassingen (zogenaamde „dunne cellen“) met potentiële AM0 efficiency van zelfs
37% is momenteel in het ontwikkelingsstadium voor hoge specifieke machtstoepassingen.
Bestaan de tweede generatie zonnecellen nu uit een klein segment van de aardse
photovoltaic markt, en uit ongeveer 90% van de ruimtemarkt.
Derde-generatie photovoltaics wordt voorgesteld zeer verschillend om van de vorige
halfgeleiderapparaten te zijn aangezien zij zich niet op een traditionele p-n te scheiden
verbinding baseren photogenerated lastendragers. Voor ruimtetoepassingen, worden de
quantum goed apparaten (quantumpunten, quantumkabels, enz.) en de apparaten die
koolstof opnemen nanotubes bestudeerd - met een potentieel voor maximaal 45% AM0
productieefficiency. Voor aardse toepassingen, omvatten deze nieuwe apparaten
photoelectrochemical cellen, polymeer zonnecellen, nanocrystal zonnecellen, Kleurstofgevoelig gemaakte zonnecellen en zijn nog in de onderzoeksfase.
Toepassingen en implementaties
Hoofd artikel: photovoltaic serie
De zonne cellen worden vaak elektrisch verbonden en als a ingekapseld module. PV de
modules hebben vaak een blad van glas aan de voor (zon omhoog) kant, die licht toestaat om
over te gaan terwijl het beschermen van de halfgeleider wafeltjes van de elementen (regen,
hagel, enz.). De zonne cellen worden ook gewoonlijk binnen verbonden reeks in modules, die
tot een additief leiden voltage. De verbindende cellen zullen tegelijkertijd een hogere stroom
opbrengen. De modules worden dan onderling verbonden, in reeks of parallel, of allebei, om
tot te leiden serie met het gewenste piekvoltage en de stroom van gelijkstroom.
De machtsoutput van een zonneserie wordt binnen gemeten watts of kilowatts. Om de
typische energiebehoeften van de toepassing, een meting binnen te berekenen watturen,
worden de kilowatt-uur of de kilowatt-uur per dag vaak gebruikt. Gemeenschappelijk
vuistregel is dat de gemiddelde macht aan 20% van piekmacht gelijk is, zodat elke
piekkilowatt van de zonnemacht van de serieoutput aan energieproductie van 4.8 kW
beantwoordt·h per dag.
Om praktisch gebruik van de solar-generated energie te maken, wordt de elektriciteit het
vaakst gevoed in het elektriciteitsnet gebruikend omschakelaars (grid-connected PV
systemen); in tribune alleen systemen, worden de batterijen gebruikt om de energie op te
slaan die niet onmiddellijk nodig is.
Theorie
Eenvoudige verklaring
1. Fotonen in zonlicht raak het zonnepaneel en door semiconducting materialen, zoals
geabsorbeerd silicium.
2. Elektronen (negatief geladen) worden geklopt los van hun atomen, toestaand hen om
door het materiaal aan opbrengst te vloeien elektriciteit. De bijkomende positieve
lasten die ook worden gecre�ërd (als bellen) worden geroepen gaten en stroom in
de richting tegenovergesteld van de elektronen in een silicium zonnepaneel.
3. Een serie van zonnepanelen zet zonne-energie in een bruikbaar bedrag van om
gelijkstroom (Gelijkstroom) elektriciteit.
Naar keuze:
1. De stroom van gelijkstroom gaat in omschakelaar.
2. De omschakelaar verandert de elektriciteit van gelijkstroom in 120 of AC
(wisselstroom) elektriciteit de van 240 volt nodig voor huistoestellen.
3. De wisselstroom gaat het nutspaneel in het huis in.
4. De elektriciteit wordt dan verdeeld aan toestellen of lichten in het huis.
5. De elektriciteit die niet wordt gebruikt zal in andere faciliteiten worden re-geleid en
worden gebruikt.
Photogeneration van lastendragers
Wanneer a foton raakt een stuk van silicium, kan één van drie dingen gebeuren:
1. het foton kan rechtstreeks door het silicium overgaan - dit (over het algemeen)
gebeurt voor lagere energiefotonen,
2. het foton kan van de oppervlakte nadenken,
3. het foton kan door het silicium worden geabsorbeerd, als de fotonenergie hoger is
dan het silicium band hiaat waarde. Dit produceert een elektron-gat paar en soms
een hitte, afhankelijk van de bandstructuur.
Wanneer een foton wordt geabsorbeerd, wordt zijn energie gegeven aan een elektron in het
kristalrooster. Gewoonlijk is dit elektron in valentie band, en is strak verbindend in covalente
banden tussen naburige atomen, en vandaar onbekwaam zich ver te bewegen. De energie
die aan het door het foton „wordt gegeven wekt“ het in op geleidings band, waar het vrij om
zich rond binnen de halfgeleider is te bewegen. De covalente band dat het elektron eerder
een deel van nu heeft één minder elektron - dit was is gekend als gat. De aanwezigheid van
een ontbrekende covalente band staat de elektronen in entrepot van naburige atomen toe om
zich in het „gat te bewegen,“ verlatend een ander gat erachter, en op deze wijze kan zich een
gat door het rooster bewegen. Aldus, kan men zeggen dat de fotonen die in de halfgeleider
worden geabsorbeerd mobiele tot elektron-gat paren leiden.
Een fotonbehoefte heeft slechts grotere energie dan dat van het bandhiaat om een elektron
van de valentieband in de geleidingsband op te wekken. Nochtans, zonne frequentie
spectrum benadert a zwart lichaam spectrum bij ~6000 K, en als dusdanig, veel van het
zonnestraling bereiken Aarde is samengesteld uit fotonen met energieën groter dan het
bandhiaat van silicium. Deze hogere energiefotonen zullen door de zonnecel worden
geabsorbeerd, maar het verschil in energie tussen deze fotonen en hiaat van de siliciumband
wordt omgezet in hitte (via geroepen roostertrillingen - fononen) eerder dan in bruikbare
elektroenergie.
De dragerscheiding van de last
Er zijn twee belangrijke wijzen voor de scheiding van de lastendrager in een zonnecel:
1. afwijking van dragers, die door een elektrostatisch gebied worden gedreven dat over
het apparaat wordt gevestigd
2. verspreiding van dragers van streken van hoge dragerconcentratie aan streken van
lage dragerconcentratie (na een gradiënt van elektrochemisch potentieel).
In de wijd gebruikte p-n verbindings zonnecellen, is de dominante wijze van de scheiding van
de lastendrager door afwijking. Nochtans, in typische niet-p-n-verbindings zonnecellen (van
de derde generatie van zonnecelonderzoek zoals kleurstof en polymeer thin-film
zonnecellen), is een algemeen elektrostatisch gebied bevestigd afwezig om te zijn, en de
dominante wijze van scheiding is via de verspreiding van de lastendrager. [nodig citaat]
De p-n verbinding
Hoofd artikel: halfgeleider
De het meest meestal bekende zonnecel wordt gevormd als groot-gebied p-n verbinding
gemaakt van silicium. Als vereenvoudiging, kan men veronderstellen brengend een laag van
n-type silicium in direct contact met een laag van p-type silicium. In de praktijk, p-n worden de
verbindingen van silicium zonnecellen niet eerder gemaakt op deze wijze, maar door een ntype additief in één kant van een p-type wafeltje (of vice versa) te verspreiden.
Als een stuk van p-type silicium in vertrouwelijk contact met een stuk van n-type silicium
wordt geplaatst, toen a verspreiding van elektronen komt van het gebied van hoge
elektronenconcentratie voor (de n-type kant van de verbinding) in het gebied van lage
elektronenconcentratie (p-type kant van de verbinding). Wanneer de elektronen diffuus over
de p-n verbinding, zij met gaten aan de p-type kant opnieuw combineren. De verspreiding van
dragers gebeurt niet voor onbepaalde tijd nochtans, wegens elektrisch veld welke door de
onevenwichtigheid van last onmiddellijk aan beide kanten van de verbinding wordt gecre�ërd
dietot deze verspreiding leidt. Het elektrische veld dat over de p-n verbinding wordt gevestigd
leidt tot a diode dat bevordert huidig om in slechts één richting over de verbinding te stromen.
De elektronen kunnen van de p-type kant in de n-type kant overgaan, en de gaten kunnen
van de n-type kant tot de p-type kant rond overgaan, maar niet de andere manier[5]. Dit
gebied waar de elektronen over de verbinding hebben verspreid wordt genoemd uitputtings
gebied omdat het niet meer om het even welke mobiele lastendragers bevat. Het is ook
genoemd geworden „ruimtelastengebied“.
Verbinding aan een externe lading
Ohmic metaal- halfgeleidercontact worden opgenomen aan zowel het n-type als de p-type
kanten van de zonnecel, en elektroden die met een externe lading worden verbonden. De
elektronen die aan de n-type kant, worden gecre�ërd of door de verbinding „verzameld“ en
op de n-type kant geveegd, kunnen door de draad reizen, de lading aandrijven, en door de
draad verdergaan tot zij p-type het halfgeleider-metaal contact bereiken. Hier, combineren zij
met een gat opnieuw dat of als elektron-gat paar aan de p-type kant van de zonnecel, werd
gecre�ërd of over de verbinding van de n-type kant na daar wordt gecre�ërd werd geveegd.
Gelijkwaardige kring van een zonnecel
Om het elektronische gedrag van een zonnecel te begrijpen, is het nuttig om a te creëren
model welke elektrisch gelijkwaardig is, en gebaseerd op afzonderlijke elektrocomponenten is
het waarvan gedrag goed - het geweten is. Een ideale zonnecel kan door een huidige bron
parallel met a worden gemodelleerd diode; in de praktijk is geen zonnecel ideaal, zodat
worden een shuntweerstand en een component van de reeksweerstand toegevoegd aan het
model.[6] De resulterende gelijkwaardige kring van een zonnecel wordt getoond op de
linkerzijde. Ook getoond, op het recht, wordt de schematische vertegenwoordiging van een
zonnecel voor gebruik in schakelschema's.
De Vergelijkingen die van de kring zonnecel bepalen
De vergelijkingen die de IV kenmerken van de cel beschrijven zijn
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
waar













k is De constante van Boltzmann
q is last op een elektron
Vg is het voltage van het bandhiaat
n is de factor van de diodekwaliteit
Rs is reeksweerstand van cel
Rsh is shuntweerstand
T1 en T2 zijn verwijzingstemperatuur in Kelvin
T werkt temperatuur van cel in Kelvin
Voc is open kringsvoltage
ISc is kort:sluitenstroom
Io is omgekeerde verzadigingsstroom van diode
I is de stroom door Rs
IL is huidig geproduceerd door de cel
in vele bronnen IL is ook gekend als Iph.
De factoren van de zonnecelefficiency
De omzettingsefficiency van de energie
Een zonnecel de efficiency van de energieomzetting (η, „eta“), is het percentage van macht
omgezet (van geabsorbeerd licht aan elektroenergie) en verzamelde, wanneer een zonnecel
met een elektrokring wordt verbonden. Deze termijn wordt berekend gebruikend de
verhouding van maximumPower Point, Pm, verdeeld door het inputlicht irradiance (E, in W/m
²) in de standaardtestomstandigheden (STC) en oppervlakte van de zonnecel (Ac in m ²).
STC specificeert een temperatuur van 25°C en irradiance van 1000 W/m ² met een
luchtmassa 1.5 (AM1.5) spectrum. Deze beantwoorden aan irradiance en het spectrum
schuin van zonlichtincident op een duidelijke dag op een zon-onder ogen ziende 37°overgehelde oppervlakte met de zon van 41.81° boven de horizon. [7][8] Deze voorwaarde
vertegenwoordigt ongeveer zonnemiddag dichtbij de lente en de herfst equinoxes in de
continentale Verenigde Staten met oppervlakte van de cel die direct op de zon wordt gericht.
Aldus, in deze omstandigheden een zonnecel van 12% efficiency met 100 cm 2 (0.01 m2) kan
de oppervlakte worden verwacht om ongeveer 1.2 watts macht te veroorzaken.
De verliezen van een zonnecel kunnen in reflectiecoëfficiëntverliezen, thermodynamische
efficiency, nieuwe combinatieverliezen en weerstand biedend elektroverlies worden
opgesplitst. De algemene efficiency is het product van elk van deze individuele verliezen.
wegens de moeilijkheid in het meten van deze parameters direct, worden andere parameters
gemeten in plaats daarvan: Thermodynamische Efficiency, QuantumEfficiency, V OC de
verhouding, en vult Factor. De verliezen van de reflectiecoëfficiënt zijn een gedeelte van de
QuantumEfficiency onder „Externe QuantumEfficiency“. De verliezen van de nieuwe
combinatie maken omhoog een gedeelte van de QuantumEfficiency, V OC de verhouding, en
vult Factor. De weerstand biedende verliezen zijn onder hoofdzakelijk gecategoriseerd vullen
Factor, maar ook maken omhoog minder belangrijke gedeelten van de QuantumEfficiency,
VOC verhouding.
De thermodynamische Grens van de Efficiency
De zonne cellen werken als quantumapparaten van de energieomzetting, en zijn daarom
onderworpen aan de „Thermodynamische Grens van de Efficiency“. De fotonen met een
energie onder het bandhiaat van het absorptievatmateriaal kunnen een gat-elektron paar
produceren niet, en zodat wordt hun energie niet omgezet in nuttige output en produceert
slechts hitte indien geabsorbeerd. Voor fotonen met een energie boven de energie van het
bandhiaat, slechts kan een fractie van de energie boven het bandhiaat in nuttige output
worden omgezet. Wanneer een foton van grotere energie wordt geabsorbeerd, wordt de
bovenmatige energie boven het bandhiaat omgezet in kinetische energie van de
dragercombinatie. De bovenmatige kinetische energie wordt omgezet in hitte door
fononinteractie aangezien de kinetische energie van de dragers aan evenwichtssnelheid
vertraagt.
De zonne cellen met veelvoudige het absorptievatmaterialen van het bandhiaat kunnen het
zonnespectrum efficiënter omzetten. Door veelvoudige bandhiaten te gebruiken, kan het
zonnespectrum in kleinere bakken worden opgesplitst waar de thermodynamische
efficiencygrens hoger is voor elke bak.[9]
Quantum efficiency
Zoals hierboven beschreven, wanneer een foton door een zonnecel wordt geabsorbeerd
wordt het omgezet in een elektron-gat paar. Dit kan het elektron-gat paar dan naar de
oppervlakte van de zonnecel reizen en tot de stroom bijdragen die door de cel wordt
veroorzaakt; zulk een drager schijt verzameld. Alternatief, kan de drager zijn energie opgeven
en nogmaals geworden verbindend aan een atoom binnen de zonnecel zonder de
oppervlakte te bereiken; dit wordt geroepen nieuwe combinatie, en de dragers dat opnieuw
combineert dragen niet tot de productie van elektrostroom bij.
Quantum efficiency verwijst naar het percentage fotonen die worden omgezet in elektrische
stroom (d.w.z., verzamelde dragers) wanneer de cel in de kort:sluitenomstandigheden wordt
geopereerd. Extern de quantum efficiency is de fractie van incident fotonen die worden
omgezet in elektrostroom, terwijl intern de quantum efficiency is de fractie van geabsorbeerd
fotonen die worden omgezet in elektrostroom. Mathematisch, wordt de interne
quantumefficiency betrekking gehad op externe quantumefficiency door de reflectiecoëfficiënt
van de zonnecel; gezien een perfecte anti-reflection deklaag, zijn zij het zelfde.
De quantum efficiency zou niet moeten worden verward met de efficiency van de
energieomzetting, aangezien het geen informatie over de macht vervoert die uit de zonnecel
wordt bijeengezocht. Voorts wordt de quantumefficiency nuttigst uitgedrukt als a spectraal
meting (namelijk als functie van fotongolflengte of energie). Aangezien sommige golflengten
effectiever dan anderen in de meeste halfgeleiders worden geabsorbeerd, kunnen de
spectrale metingen van quantumefficiency informatie opbrengen waarover de delen van een
bepaald zonnecelontwerp de meesten met behoefte aan verbetering zijn.
VOC verhouding
wegens nieuwe combinatie, het open kringsvoltage (V OC) van de cel onder het voltage van
het bandhiaat van de cel zal zijn. Aangezien de energie van de fotonen moet zijn bij of boven
het bandhiaat een dragerpaar te produceren, vertegenwoordigt het celvoltage onder het
voltage van het bandhiaat een verlies. Dit verlies wordt vertegenwoordigd door de verhouding
van VOC verdeeld door VG
Maximum-macht punt
Een zonnecel kan over een brede waaier van werken voltages (v) en stromen (i). Door de
weerstand biedende lading op een bestraalde cel van nul onophoudelijk te verhogen (a
kort:sluiten) aan zeer hoogwaardig ( open kring) men kan bepalen maximum-macht punt, het
punt dat V×I maximaliseert; namelijk de lading waarvoor de cel maximum elektromacht op dat
niveau van straling kan leveren. (De outputmacht is nul in zowel de kort:sluiten als open
kringsuitersten).
Een hoogstaande, monocrystalline silicium zonnecel, bij 25 °C celtemperatuur, kan 0.60 volts
open-circuit produceren (Voc). De celtemperatuur in volledig zonlicht, zelfs met 25 °C
luchttemperatuur, zal waarschijnlijk bijna 45 °C zijn, verminderend het open-circuit voltage tot
0.55 volts per cel. De voltagedalingen bescheiden, met dit type van cel, tot de
kort:sluitenstroom is genaderd (Isc). De maximum macht (met 45 °C celtemperatuur) wordt
typisch veroorzaakt met 75% tot 80% van het open-circuit voltage (0.43 volts in dit geval) en
90% van de kort:sluitenstroom. Deze output kan tot 70% van Voc x product zijn Isc. De
kort:sluitenstroom (Isc) van een cel is bijna evenredig aan de verlichting, terwijl het opencircuit voltage (Voc) slechts 10% met een 80% daling in verlichting kan laten vallen. De cellen
van geringere kwaliteit hebben een snellere daling in voltage met stijgende stroom en konden
slechts 1/2 Voc in 1/2 Isc produceren. De bruikbare machtsoutput kon zo van 70% van Voc x
product Isc aan 50% dalen of zelfs zo weinig zoals 25%. De verkopers die hun zonnecel
„macht“ slechts als Voc x Isc, schatten zonder ladingskrommen te geven, kunnen hun
daadwerkelijke prestaties ernstig vervormen.
MaximumPower Point van a photovoltaic vari�ërt met inherente verlichting. Voor systemen
grote genoeg om de extra uitgave, a te rechtvaardigen maximum Power Point drijver volgt de
onmiddellijke macht door voortdurend te meten voltage en huidig (en vandaar,
machtsoverdracht), en het gebruik deze informatie de lading zodat de maximummacht
dynamisch om aan te passen is altijd overgebracht, ongeacht de variatie in verlichting.
Vul factor
Een andere dat termijn in het algemene gedrag van een zonnecel bepaalt is vul factor (FF).
Dit is de verhouding van maximum Power Point verdeeld door open kringsvoltage (Voc) en
kort:sluiten stroom (ISc):
Vergelijking van de efficiency van de energieomzetting
Hoofd artikel: Photovoltaics
Op dit punt, is de bespreking van de verschillende manieren om efficiency voor ruimtecellen
en aardse cellen te berekenen noodzakelijk om verwarring te verminderen. In ruimte, waar er
geen atmosfeer is, is het spectrum van de zon vrij ongefilterd. Nochtans ter wereld, met lucht
die het inkomende licht filtreert, verandert het zonnespectrum. Om van de spectrale
verschillen rekenschap te geven, werd een systeem bedacht om dit het filtreren effect te
berekenen. Eenvoudig, strekt het het filtreren effect zich van Massa van de Lucht 0 in ruimte
uit, aan ongeveer Massa van de Lucht 1.5 ter wereld. Het vermenigvuldigen van de spectrale
verschillen met de quantumefficiency van de zonnecel in kwestie zal de efficiency van het
apparaat opbrengen. Bijvoorbeeld, zou een zonnecel van het Silicium in ruimte een efficiency
van 14% bij AM0 kunnen hebben, maar heeft een efficiency van 16% ter wereld bij AM 1.5.
De aardse efficiency typisch is groter dan ruimteefficiency.
De zonne celefficiency vari�ërt van 6% voor amorfe op silicium-gebaseerde zonnecellen aan
40.7% met het laboratoriumcellen van het veelvoudig-verbindingsonderzoek en 42.8% met
veelvoudige matrijzen die in een hybride pakket worden geassembleerd.[10] De
omzettingsefficiency van de zonnecelenergie voor commercieel beschikbaar multicrystalline
Si de zonne cellen zijn rond 14-19%[11]. De hoogste efficiencycellen zijn niet altijd het meest
economisch geweest - bijvoorbeeld zou een 30% efficiënte multijunctioncel die op exotische
materialen zoals galliumarsenide of indiumselenide wordt gebaseerd en die in laag volume
wordt geproduceerd goed kunnen kosten honderd keer zo zoals veel een 8% efficiënte
amorfe siliciumcel in massaproductie, terwijl slechts het leveren van ongeveer vier keer de
elektromacht.
Nochtans, is er een manier zonnemacht „om op te voeren“. Door de lichtintensiteit te
verhogen, photogenerated typisch dragers zijn gestegen, resulterend in verhoogde efficiency
door maximaal 15%. Deze zogenaamde „concentratorsystemen zijn“ slechts kostenconcurrerend als resultaat van de ontwikkeling van hoge efficiencyGaAs cellen begonnen te
worden. De verhoging van intensiteit wordt typisch verwezenlijkt door concentrerende optica
te gebruiken. Een typisch concentratorsysteem kan een lichtintensiteit 6-400 gebruiken keer
de zon, en de efficiency van een één zonGaAs cel van 31% verhogen bij AM 1.5 tot 35%.
Een gemeenschappelijke methode die wordt gebruikt om economische kosten uit te drukken
elektriciteit-produceert systemen is een prijs per geleverd te berekenen kilowatt-uur (kWu).
De zonnecelefficiency in combinatie met de beschikbare straling heeft een belangrijke invloed
op de kosten, maar in het algemeen is de algemene systeemefficiency belangrijk. Het
gebruiken van de commercieel beschikbare zonnecellen (vanaf 2006) en systeemtechnologie
leidt tot systeemefficiency tussen 5 en 19%. Vanaf 2005, strekten photovoltaic
elektriciteitsopwekkingskosten zich van ~0.60 US$/kWh (0.50 €/kWh) uit (Midden-Europa)
neer aan ~0.30 US$/kWh (0.25 €/kWh) in gebieden van hoge zonnestraling. Deze elektriciteit
wordt over het algemeen gevoed in het elektronet aan de kant van de klant van de meter. De
kosten kunnen bij heersende kleinhandels elektrische tarifering (vanaf 2005) worden
vergeleken, die wereldwijd van tussen 0.04 en 0.50 US$/kWh vari�ërde. (Nota: naast
zonneirradiance profielen, zullen deze kosten/kWu- berekeningen afhankelijk van
veronderstellingen jarenlang van het nuttige leven van een systeem variëren. De meeste
panelen c-Si zijn warrantied 25 jaar en zouden moeten jaren 35+ van het nuttige leven zien.)
De grafiek bij het recht illustreert de diverse commerciële efficiency van de de
energieomzetting van de groot-gebiedsmodule en de beste laboratoriumefficiency die voor
diverse materialen en technologieën wordt verkregen.
De piek van watts
Sinds zonneceloutput hangt de macht van veelvoudige factoren, zoals af zon weerslag hoek,
voor vergelijkingsdoeleinden tussen verschillende cellen en panelen, wordt de maatregel van
wattspiek (Wp) gebruikt. Het is de outputmacht in deze omstandigheden die als STC worden
bekend:[12][13]
1. insolatie (zonne irradiance) 1000 W/m ²
2. zonne verwijzingsspectrum AM (airmass) 1.5
3. cel temperatuur 25°C
Zonne cellen en energieterugbetaling
In de jaren '90, toen de siliciumcellen tweemaal zo dik waren, was de efficiency 30% lager
dan vandaag en de levens waren korter, kan het goed gekost meer energie hebben om een
cel te maken dan het in een leven kon produceren. Ondertussen, is de technologie beduidend
gevorderd, en de tijd van de energieterugbetaling van een moderne photovoltaic module is
typisch van 1 tot 4 jaar [14] afhankelijk van het type en waar het wordt gebruikt (zie netto
energieaanwinst). Met een typisch leven van 20 tot 30 jaar, betekent dit dat de moderne
zonnecellen netto energieproducenten zijn, d.w.z. produceren zij veel meer energie over hun
leven dan de energie besteed in het produceren van hen.[15][14][16]
Licht-absorbeert materialen
Alle zonnecellen vereisen a licht absorberend materiaal bevat binnen de celstructuur om
fotonen te absorberen en elektronen via te produceren photovoltaic effect. De materialen die
in zonnecellen worden gebruikt neigen om het bezit te hebben van bij voorkeur het
absorberen van de golflengten van zonnelicht die de aardeoppervlakte bereiken; nochtans,
worden sommige zonnecellen eveneens geoptimaliseerd voor lichtabsorptie voorbij de
atmosfeer van de Aarde. De lichte absorberende materialen kunnen vaak binnen worden
gebruikt veelvoudige fysieke configuraties om uit verschillende lichtabsorptie en van de
lastenscheiding mechanismen voordeel te halen. Vele nu verkrijgbare zonnecellen worden
gevormd zoals massa materialen die later in wafeltjes worden gesneden en in een „topdown“ methode van synthese behandeld (silicium dat het meest overwegende bulkmateriaal
is). Andere materialen worden gevormd zoals dun-films (anorganische lagen, organische
kleurstoffen, en organische polymeren) die worden gedeponeerd ondersteunende
substraten, terwijl een derde groep zoals wordt gevormd nanocrystals en gebruikt zoals
quantum punten (elektron-beperkt nanoparticles) ingebed in een ondersteunende matrijs in
een „bottom-up“ benadering. Het silicium blijft het enige materiaal dat in allebei wellresearched is massa en thin-film configuraties. Het volgende is een huidige lijst van lichte
absorberende materialen, die door configuratie en substantie-naam wordt vermeld:
Massa
Deze massa de technologieën worden vaak bedoeld als op wafeltje-gebaseerde productie.
Met andere woorden, in elk van deze benaderingen, worden de zelfstandige wafeltjes tussen
180 tot 240 micrometers dik verwerkt en samen dan gesoldeerd om een zonnecelmodule te
vormen. Een algemene beschrijving van de verwerking van het siliciumwafeltje wordt binnen
verstrekt Vervaardiging en Apparaten.
Silicium
Hoofd artikelen: Polysilicon, Silicium, en lijst van siliciumproducenten
Veruit, het meest overwegend massa het materiaal voor zonnecellen is kristallijn silicium
(afgekort als groep zoals c-Si), ook gekend als „zonnerangsilicium“. Het bulk silicium is
gescheiden in veelvoudige categorieën volgens kristalliniteit en kristalgrootte in het
voortvloeien baar, lint, of wafeltje.
1. monocrystalline silicium (c-Si): vaak het gemaakte gebruiken Het proces van
Czochralski. Single-crystal wafeltjecellen neigen duur te zijn, en omdat zij van
cilindrische baren worden gesneden, behandelen volledig geen vierkante
zonnecelmodule zonder een wezenlijk afval van geraffineerd silicium. Vandaar de
meesten c-Si de panelen hebben hiaten bij de vier hoeken van de cellen aan het licht
gebracht.
2. Poly of multicrystallinesilicium (poly-Si of mc-Si): gemaakt van gegoten vierkante
baren - grote zorgvuldig gekoeld en hard gemaakte blokken van gesmolten silicium.
Deze cellen zijn minder duur te produceren dan enig kristalcellen maar zijn minder
efficiënt.
3. Het silicium van het lint: gevormd door het trekken van vlakke dunne films van
gesmolten silicium en het hebben van een multicrystallinestructuur. Deze cellen
hebben lagere efficiency dan poly-Si, maar be*sparen op productiekosten toe te
schrijven aan een grote vermindering van silicium vereist het afval, als deze
benadering niet zagend van baren.
Dunne films
Hoofd artikel: Dunne film
Divers thin-film technologieën die de momenteel verminderen het bedrag (of massa) worden
ontwikkeld van licht absorberend materiaal vereist in het creëren van a zonne cel. Dit kan
tot lagere verwerkingskosten van dat van bulkmaterialen (in het geval van silicium dunne
films) leiden maar ook neigt te verminderen de efficiency van de energieomzetting, hoewel
vele multi-layer dunne films efficiency boven die van bulksiliciumwafeltjes hebben.
CdTe
Het telluride van het cadmium is een efficiënt licht-absorbeert materiaal voor thin-film
zonnecellen. Vergeleken bij andere thin-film materialen, CdTe gemakkelijker en geschikter is
te deponeren voor productie op grote schaal. Ondanks veel bespreking van de giftigheid van
op cdTe-Gebaseerde zonnecellen, is dit de enige technologie (behalve amorf silicium) die op
grote schaal kan worden geleverd[nodig citaat]. De waarneming van de giftigheid van CdTe is
gebaseerd op de giftigheid van elementair cadmium, een zwaar metaal dat a is cumulatief
vergift. Nochtans heeft men getoond dat de versie van cadmium aan de atmosfeer lager is
met op cdTe-Gebaseerde zonnecellen dan met siliciumphotovoltaics en andere thin-film
zonneceltechnologieën. [17]
Koper-indium Selenide
Mogelijke combinaties VI elementen van I III in de periodieke lijst die photovoltaic effect
hebben
De materialen die op CuInSe worden gebaseerd2 dat voor photovoltaic toepassingen van
belang is omvat verscheidene elementen van groepen I, III en VI in de periodieke lijst. Deze
halfgeleiders zijn vooral aantrekkelijk voor de toepassing van de dunne film zonnecel wegens
hun hoge optische absorptiecoëfficiënten en veelzijdige optische en elektrokenmerken die in
principe kunnen voor een specifieke behoefte in een bepaald apparaat worden
gemanipuleerd en worden gestemd. De GOS is een afkorting voor algemene chalcopyrite
films van het selenide van het koperindium (CuInSe2), hieronder vermelde is CIGS een
variatie van de GOS. Films van de GOS (geen GA) bereikten groter dan 14% efficiency. [18]
Nochtans, zijn de productiekosten van de zonnecellen van de GOS momenteel hoog wanneer
vergeleken met amorfe silicium zonnecellen maar het voortdurende werk leidt tot rendabelere
productieprocessen. De eerste productie op grote schaal van de modules van de GOS was
begonnen in 2006 in Duitsland door Wuerth Solar.
Wanneer het gallium voor enkele indium in de GOS wordt gesubstitueerd, wordt het materiaal
soms genoemd CIGS, of van het koper indium/gallium diselenide, een stevig mengsel van de
halfgeleiders CuInSe2 en CuGaSe2, vaak afgekort door de chemische formule CuInxGA(1x)Se2. In tegenstelling tot de conventionele silicium gebaseerde zonnecel, die als eenvoudige
p-n verbinding kan worden gemodelleerd (zie onder halfgeleider), worden deze cellen het
best beschreven door een complexer heterojunction model. De beste efficiency van een thinfilm zonnecel vanaf Maart 2008 was 19.9% met CIGS absorptievatlaag.[19] De hogere
efficiency (rond 30%) kan worden verkregen door optica te gebruiken om het inherente licht te
concentreren. Het gebruik van gallium verhoogt optische bandgap van de laag CIGS in
vergelijking tot de zuivere GOS, waarbij het open-circuit voltage wordt verhoogd. In een ander
standpunt, wordt het gallium toegevoegd om zoveel mogelijk indium te vervangen wegens de
relatieve beschikbaarheid van het gallium aan indium. Ongeveer 70% [20] van momenteel
geproduceerd indium wordt gebruikt door de flat-screen monitorindustrie. Sommige
investeerders in zonnetechnologie maken zich ongerust dat de productie van cellen CIGS
door de beschikbaarheid van indium zal worden beperkt. Het produceren van 2 GW van
cellen CIGS (ruwweg de hoeveelheid siliciumcellen die in 2006 worden geproduceerd) zou
ongeveer 10% van het indium gebruiken dat in 2004 wordt geproduceerd.[21] Voor
vergelijking, putten de silicium zonnecellen 33% van de productie van het de rangsilicium van
de wereld elektronische in 2006 uit. Nanosolar eisen aan afval slechts 5% van het indium het
gebruikt. Vanaf 2006, is de beste omzettingsefficiency voor flexibele cellen CIGS op
polyimide 14.1% door Tiwari et al, bij ETH, Zwitserland.
Dat gezegd zijnde, kan het indium gemakkelijk van opgelegde PV modules worden
gerecycleerd. Het recyclingsprogramma in Duitsland is een voorbeeld dat het regeneratieve
industriële paradigma benadrukt: „Van wieg aan wieg".
Het selenium staat voor betere uniformiteit over de laag toe en zodat wordt het aantal nieuwe
combinatieplaatsen in de film verminderd die aan de quantumefficiency en zo aan de
omzettingsefficiency ten goede komt.[nodig citaat]
Arsenide van het gallium (GaAs) multijunction
Hoofd artikel: Photovoltaic cel van Multijunction
High-efficiency multijunctioncellen werden oorspronkelijk ontwikkeld voor speciale
toepassingen zoals satellieten en ruimte exploratie, maar momenteel, zou hun gebruik in
aardse concentrators het laagste kostenalternatief in termen van $/kWh en $/W. kunnen
zijn.[22] Deze multijunctioncellen bestaan uit het veelvoudige dunne films veroorzaakte
gebruiken Metalorganic epitaxy van de dampfase. Een drievoudig-verbindingscel,
bijvoorbeeld, kan uit de halfgeleiders bestaan: GaAs, Duitsland, en GaInP2.[23] Elk type van
halfgeleider zal een kenmerk hebben band hiaat energie die die, los, het veroorzaakt om licht
bij een bepaalde kleur het meest efficiënt te absorberen, of meer bepaald, om te absorberen
spreekt elektromagnetische straling meer dan een gedeelte van het spectrum. De
halfgeleiders worden zorgvuldig verkozen om bijna alle zonnespectrum te absorberen,
waarbij elektriciteit van zo veel van de zonne-energie wordt geproduceerd mogelijk.
Zijn GaAs gebaseerde multijunctionapparaten tot op heden de meest efficiënte zonnecellen
die, een verslaghoogte van 40.7% efficiency bereiken in de zonneconcentratie en
laboratoriumomstandigheden.[24]
Deze technologie wordt momenteel gebruikt in de de zwerveropdrachten van Mars.
De zonnecellen achter elkaar die op monolithisch, verbonden reeks, het fosfide van het
galliumindium (GaInP) worden gebaseerd, galliumarsenide GaAs, en de verbindingen van
germaniumDuitsland pn, zien snel de vraagstijging. In enkel de afgelopen 12 maanden
(12/2006 - 12/2007), zijn de kosten van 4N galliummetaal van ongeveer $350 per kg tot $680
per kg toegenomen. Bovendien, zijn de prijzen van het germaniummetaal wezenlijk
toegenomen tot $1000-$1200 per kg dit jaar. Die materialen omvatten gallium (4N, 6N en 7N
GA), arsenicum (4N, 6N en 7N) en germanium, smeltkroezen de pyrolitic van het
boriumnitride (pBN) voor het kweken van kristallen, en het boriumoxyde, deze producten is
kritiek aan de volledige substraat verwerkende industrie.
GaAs van de drievoudig-verbinding werden de zonnecellen ook gebruikt als krachtbron van
de Nederlandse vier-tijd De ZonneUitdaging van de wereld winnaars Nuna in 2005 en 2007.
Licht-absorbeert kleurstoffen
Hoofd artikel: Kleurstof-gevoelig gemaakte zonnecellen
Typisch wordt een (ru-Gecentreerde) ruthenium metalorganic kleurstof gebruikt als monolayer
van licht-absorbeert materiaal. De kleurstof-gevoelig gemaakte zonnecel hangt van een
mesoporous laag af van nanoparticulate titanium dioxyde de oppervlakte zeer om te
vergroten (200-300 m ² /g TiO2, in vergelijking tot ongeveer 10m ² /g van vlak enig kristal).
Photogenerated elektronen van lichte absorberende kleurstof zijn overgegaan tot n-type TiO2,
en de gaten worden overgegaan tot een elektrolyt aan de andere kant van de kleurstof. De
kring wordt voltooid door een redoxpaar in de elektrolyt, die vloeibaar of stevig kan zijn. Dit
type van cel staat een flexibeler gebruik van materialen toe, en door het schermdruk typisch
vervaardigd, met het potentieel voor lagere verwerkingskosten dan die gebruikt voor massa
zonne cellen. Nochtans, lijden de kleurstoffen in deze cellen ook aan degradatie onder hitte
en UVlicht, en het celomhulsel is moeilijk om wegens de oplosmiddelen te verzegelen die in
assemblage worden gebruikt. Ondanks bovengenoemd, is dit een populaire nieuwe
technologie met wat commercieel effect dat binnen dit decennium wordt voorspeld.
Organische/polymeer zonnecellen
Organische zonnecellen en De zonnecellen van het polymeer worden gebouwd van dunne
films (typisch 100 NM) van organische halfgeleiders zoals polymeren en kleinmoleculesamenstellingen als polyphenylene vinylene, koperphthalocyanine (een blauw of
groen organisch pigment) en koolstof fullerenes. Bereikte de de omzettingsefficiency van de
energie tot op heden gebruikend geleidende polymeren is laag in vergelijking met
anorganische materialen, met de hoogste gemelde efficiency van 6.5% [25] voor een
celarchitectuur achter elkaar. Nochtans, zouden deze cellen voor sommige toepassingen
voordelig kunnen zijn waar de mechanische flexibiliteit en de beschikbaarheid belangrijk zijn.
Deze apparaten verschillen van anorganische halfgeleider zonnecellen in zoverre dat zij zich
niet op groot gebouwd op elektrisch veld van een PN verbinding baseren om de elektronen te
scheiden en de gaten leidden tot wanneer de fotonen worden geabsorbeerd. Het actieve
gebied van een organisch apparaat bestaat uit twee materialen, die als elektronendonor en
andere als acceptor dienst doet. Wanneer een foton in een paar van het elektronengat,
typisch in het donormateriaal wordt omgezet, neigen de lasten verbindend te blijven in de
vorm van exciton, en zijn gescheiden wanneer exciton aan de donor-acceptor interface
verspreidt. De korte exciton verspreidingslengten van de meeste polymeersystemen neigen
om de efficiency van dergelijke apparaten te beperken. De interfaces van Nanostructured,
soms in de vorm van bulkheterojunctions, kunnen prestaties verbeteren [26].
Silicium
Silicium de dun-films worden hoofdzakelijk langs gedeponeerd chemische dampdeposito
(typisch plasma-verbeterd (pe-CVD)) van silaan gas en waterstof gas. Afhankelijk van de
parameters van het deposito, kan dit opbrengen:
1. Amorf silicium (a-Si of a-Si: H)
2. protocrystalline silicium of
3. Het silicium van Nanocrystalline (nc-Si of nc-Si: H).
Deze types van silicium het huidige bengelen en verdraaide banden, die in diepe tekorten
(energieniveaus in bandgap) evenals misvorming van de valentie en geleidingsbanden
(bandstaarten) resulteren. De zonnecellen die van deze materialen worden gemaakt neigen
lager te hebben de efficiency van de energieomzetting dan massa het silicium, maar is ook
minder duur te produceren. quantum efficiency van dunne film is de zonnecellen ook lager toe
te schrijven aan verminderd aantal verzamelde lastendragers per inherent foton.
Het amorfe silicium heeft een hogere bandgap (eV 1.7) dan kristallijn silicium (c-Si) (eV 1.1),
wat betekent absorbeert het sterker het zichtbare deel van het zonnespectrum dan infrarood
gedeelte van het spectrum. Zoals nc-Si heeft over zelfde bandgap aangezien c-Si, materiaal
twee in dunne lagen kan worden gecombineerd, die tot een gelaagde cel genoemd leiden a
cel achter elkaar. De hoogste cel in a-Si absorbeert het zichtbare licht en verlaat het
infrarode deel van het spectrum voor de bodemcel in nanocrystallineSi.
Onlangs, zijn de oplossingen om de beperkingen van thin-film kristallijn silicium te overwinnen
ontwikkeld. De lichte het opsluiten regelingen waar het inkomende licht schuin in het silicium
wordt gekoppeld en het licht de film meerdere keren oversteekt verbeteren de absorptie van
zonlicht in de films. De thermische verwerkingstechnieken verbeteren de kristalliniteit van het
silicium en pacificeren elektronische tekorten.[nodig citaat]
Een technologie van de silicium dunne film wordt ontwikkeld voor de bouw van
geïntegreerdeo photovoltaics (BIPV) in de vorm van semi-transparent zonnecellen die als
vensterverglazing kunnen worden toegepast. Deze cellen functioneren als venster kleurend
terwijl het produceren van elektriciteit.
De zonnecellen van Nanocrystalline
Hoofd artikel: De zonnecel van Nanocrystal
Deze structuren maken gebruik van enkele zelfde thin-film lichte absorberende materialen
maar als uiterst dun absorptievat op een ondersteunende matrijs van geleidend polymeer
bedekt of mesoporous metaaloxide die een zeer hoge oppervlakte hebben om interne
discussies (en vandaar de waarschijnlijkheid van lichtabsorptie verhogen) te verhogen. Het
gebruiken van nanocrystals staat men toe om architectuur op de lengteschaal van
nanometers te ontwerpen, de typische exciton verspreidingslengte. In het bijzonder,
vertegenwoordigen de enig-nanocrystal („kanaal“) apparaten, een serie van enige p-n
verbindingen tussen de elektroden en gescheiden door een periode van ongeveer een
verspreidingslengte, een nieuwe architectuur voor zonnecellen en potentieel hoge efficiency.
Concentrerende photovoltaics (CPV)
Concentrerende photovoltaic systemen gebruik een groot gebied van lenzen of spiegels om
zonlicht op een klein gebied van photovoltaic cellen te concentreren. [27] Als deze systemen
het enige of dubbel-as volgen gebruiken om prestaties te verbeteren, kunnen zij naar zoals
worden doorverwezen De Concentrator Photovoltaics van de heliostaat (HCPV). De primaire
aantrekkelijkheid van systemen CPV is hun verminderd gebruik van semiconducting materiaal
dat duur en momenteel moeilijk te verkrijgen is. Bovendien, verbetert het verhogen van de
concentratieverhouding de prestaties van algemene photovoltaic materialen [28]. Ondanks de
voordelen van technologieën CPV is hun toepassing beperkt door de kosten het concentreren
zich, het volgen en het koelen materiaal. Op 25 oktober, 2006, Australisch federale overheid
en Victorian staats overheid samen met photovoltaic technologiebedrijf Zonne Systemen
kondigde een project aan gebruikend deze technologie, Zonne krachtcentrale in Victoria, van
plan geweest om online in 2008 te komen en tegen 2013 worden voltooid. Deze installatie, bij
154 mw, zou tien keer groter dan de grootste huidige photovoltaic installatie in de wereld
zijn.[29]
De vervaardiging van het de zonnecelapparaat van het silicium
Omdat de zonnecellen halfgeleiderapparaten zijn, delen zij veel van de zelfde verwerking en
productie technieken zoals andere halfgeleiderapparaten zoals computer en geheugen
spaanders. Nochtans, zijn de strenge eisen ten aanzien van netheid en kwaliteitsbeheersing
van halfgeleidervervaardiging een weinig meer ontspannen voor zonnecellen. De
commerciële zonnecelfabrieken meest op grote schaal maken vandaag tot het scherm
gedrukte poly-crystalline silicium zonnecellen. Kies kristallijne wafeltjes uit die in de
halfgeleiderindustrie kunnen in uitstekende hoge efficiency zonnecellen worden gemaakt
worden gebruikt, maar zij worden over het algemeen als beschouwd om voor massaproductie
te duur op grote schaal.
Poly-crystalline siliciumwafeltjes worden gemaakt door in een blok gegoten siliciumbaren in
zeer dunne (180 tot 350 micrometer) plakken of wafeltjes draad-te zagen. De wafeltjes zijn
gewoonlijk licht p-type gesmeerd. Om een zonnecel van het wafeltje, een
oppervlakteverspreiding van te maken n-type de additieven wordt uitgevoerd aan de voorkant
van het wafeltje. Dit vormt a p-n verbinding een paar honderd nanometers onder de
oppervlakte.
Antireflection de deklagen, die de hoeveelheid licht verhogen die in de zonnecel wordt
gekoppeld, worden typisch daarna toegepast. Tijdens het afgelopen decennium, heeft het
siliciumnitride geleidelijk aan titaniumdioxyde als antireflection deklaag van keus wegens zijn
uitstekende kwaliteiten vervangen van de oppervlaktepassivering (d.w.z., verhindert het
dragernieuwe combinatie aan de oppervlakte van de zonnecel). Het wordt typisch toegepast
in een laag honderden deposito van de nanometers het dikke gebruikende plasma-verbeterde
chemische damp (PECVD). Sommige zonnecellen hebben geweven vooroppervlakten die,
als antireflection deklagen, dienen om de hoeveelheid licht te verhogen die in de cel wordt
gekoppeld. Dergelijke oppervlakten kunnen gewoonlijk slechts op single-crystal silicium
worden gevormd, hoewel de laatste jaren de methodes om hen op multicrystallinesilicium te
vormen zijn ontwikkeld.
Het wafeltje heeft dan volledig contact van het gebiedsmetaal dat op de achteroppervlakte
wordt opgenomen, en een net-als metaalcontact dat uit fijne „vingers“ en grotere „busbars“
wordt samengesteld screen-printed op de vooroppervlakte gebruikend a zilver deeg. Het
achtercontact wordt ook gevormd door een metaaldeeg, typisch aluminium screen-printing.
Gewoonlijk behandelt dit contact de volledige achterkant van de cel, niettemin in sommige
celontwerpen is het gedrukt in een netpatroon. Het deeg wordt dan in brand gestoken bij
honderden graden van Celsius om metaalelektroden binnen te vormen ohmic contact met het
silicium. Nadat metaalcontact worden opgenomen, worden de zonnecellen onderling
verbonden in reeks (en/of parallel) door vlakke draden of metaallinten, en in geassembleerd
modules of „zonnepanelen“. De zonne panelen hebben een blad van aangemaakt glas op de
voorzijde, en a polymeer inkapseling op de rug. Het aangemaakte glas kan met amorfe
siliciumcellen wegens de hoge temperaturen tijdens het depositoproces worden gebruikt niet.
Huidig onderzoek naar materialen en apparaten
Zie ook: Chronologie van zonnecellen
Er zijn momenteel vele onderzoeksteams actief op het gebied van photovoltaics in
universiteiten en onderzoekinstellingen rond de wereld. Dit onderzoek kan in drie gebieden
worden verdeeld: makend tot huidige technologie zonnecellen goedkoper en/of efficiënter
effectief om met andere energiebronnen te concurreren; ontwikkelt nieuwe technologieën die
op nieuwe zonnecel architectuurontwerpen worden gebaseerd; en ontwikkelt nieuwe
materialen om als lichte absorptievaten en lastendragers te dienen.
De verwerking van het silicium
Unidirectioneel van het drukken van de kosten is goedkopere methodes te ontwikkelen om
silicium te verkrijgen dat voldoende zuiver is. Het silicium is een zeer gemeenschappelijk
element, maar is normaal verbindend in kiezelzuur, of kiezelzuur zand. Het kiezelzuur van de
verwerking (SiO2) silicium produceren is een zeer hoge energieproces - bij huidige efficiency,
vergt het meer dan twee jaar voor een conventionele zonnecel om zo veel energie te
produceren zoals werd gebruikt om het silicium te maken het bevat.[30] Meer energie efficiënte
methodes van synthese zijn niet alleen voordelig aan de zonneindustrie, maar ook aan de
industrieën die siliciumtechnologie omringen als geheel.
De huidige industriële productie van silicium is via de reactie tussen koolstof (houtskool) en
kiezelzuur bij een temperatuur rond 1700 graden Celsius. In dit proces, dat als carbothermic
vermindering wordt bekend, wordt elke ton van silicium (metallurgische rang, ongeveer
zuivere 98%) veroorzaakt met de emissie van ongeveer 1.5 ton kooldioxide.
Het stevige kiezelzuur kan direct (verminderd) in zuiver silicium door elektrolyse in een
gesmolten zout bad bij een vrij milde temperatuur (800 tot 900 graden van Celsius) worden
omgezet.[31][32] Terwijl dit nieuwe proces in principe het zelfde als is Het Proces van FFC
Cambridge welke eerst in eind 1996 werd ontdekt, het interessante laboratorium is vinden dat
dergelijk elektrolytisch silicium in de vorm van poreus silicium dat gemakkelijk een fijn poeder
wordt, (met een deeltjesgrootte van een paar micrometers) is, en kan daarom nieuwe kansen
voor ontwikkeling van zonneceltechnologieën bieden.
Een andere benadering is ook de gebruikte hoeveelheid silicium te verminderen en zo te
kosten, is door wafeltjes in zeer dunne, vrijwel transparante lagen micromachining die als
transparante architecturale bekledingen zouden kunnen worden gebruikt.[33] . De techniek
impliceert het nemen van een siliciumwafeltje, typisch 1 tot 2 mm dik, en het maken van een
massa die parallelle, transversale plakken over het wafeltje, tot een groot aantal stroken leidt
die een dikte van 50 micrometers en een breedte gelijk aan de dikte van het originele wafeltje
hebben. Deze plakken worden geroteerd 90 graden, zodat de oppervlakten die aan de
gezichten van het originele wafeltje beantwoorden de randen van de stroken worden. Het
resultaat moet, bijvoorbeeld, een 150 mmdiameter omzetten, mm-dik wafeltje 2 die een
blootgestelde siliciumoppervlakte van ongeveer 175 cm ² per kant heeft in ongeveer 1000
stroken die afmetingen van 100 mm x die 2 mm x 0.1 mm hebben, een totaal blootgestelde
siliciumoppervlakte van ongeveer 2000 cm ² per kant opbrengen. Als resultaat van deze
omwenteling, het elektro worden smeren en de contacten die op het gezicht van het wafeltje
waren gevestigd de randen van de strook, eerder dan de voorzijde en het achtergedeelte
zoals het geval met conventionele wafeltjecellen is. Dit heeft het interessante effect van het
maken van de cel van zowel de voorzijde als achtergedeelte van de cel (een bezit dat als
bifaciality wordt bekend) gevoelig.[34] Gebruikend deze techniek, is één siliciumwafeltje
genoeg om een 140 wattspaneel te bouwen, in vergelijking met ongeveer 60 wafeltjes nodig
voor conventionele modules van zelfde machtsoutput.
Thin-film verwerking
Thin-film zonnecellen gebruiken minder dan 1% van de grondstof (silicium of andere lichte
absorptievaten) in vergelijking met wafeltje gebaseerde zonnecellen, die tot een significante
prijsdaling leiden per kWu. Er zijn vele onderzoeksteams die rond de wereld actief
verschillende thin-film benaderingen en/of materialen onderzoeken, nochtans het staat te
bezien[vaag] als deze oplossingen de zelfde ruimte-efficiency kunnen produceren zoals
traditionele siliciumverwerking.
Één in het bijzonder veelbelovende technologie is kristallijn silicium dunne films op
glassubstraten. Deze technologie maakt gebruik van de voordelen van kristallijn silicium als
zonnecelmateriaal, met de kostenbesparingen van het gebruiken van een thin-film
benadering.[nodig citaat]
Een ander interessant aspect van thin-film zonnecellen is de mogelijkheid om de cellen op al
soort materialen, met inbegrip van flexibele substraten te deponeren (HUISDIER
bijvoorbeeld), wat een nieuwe afmeting voor nieuwe toepassingen opent. [nodig citaat]
De verwerking van het polymeer
De uitvinding van geleidende polymeren (voor welke Alan Heeger, Alan G. MacDiarmid en
Hideki Shirakawa werden toegekend a De prijs van Nobel) kan tot de ontwikkeling van veel
goedkopere cellen leiden die op goedkope plastieken gebaseerd zijn. Nochtans, allen
organische zonnecellen tot op heden gemaakt lijd aan degradatie op blootstelling aan UV het
licht, en heeft vandaar levens die veel te kort om zijn haalbaar te zijn. vervoegd de dubbele
bandsystemen in de polymeren, die de last dragen, zijn altijd vatbaar voor het verdelen
wanneer uitgestraald met kortere golflengten. Bovendien, zijn de meeste geleidende
polymeren, die hoogst onverzadigd en reactief, hoogst gevoelig voor atmosferische
vochtigheid en oxydatie, die commerciële toepassingen moeilijk maken zijn.
De verwerking van Nanoparticle
De experimentele niet-silicium zonnepanelen kunnen worden gemaakt van quantum
heterostructuren, b.v. koolstof nanotubes of quantum punten, binnen ingebed geleidende
polymeren of mesoporous metaaloxides. Bovendien kunnen de dunne films van veel van
deze materialen op conventionele silicium zonnecellen de optische koppelingsefficiency in de
siliciumcel verhogen, waarbij de algemene efficiency wordt opgevoerd. Door de grootte van
de quantumpunten te variëren, kunnen de cellen worden gestemd om verschillende
golflengten te absorberen. Hoewel het onderzoek nog in zijn kleutertijd is, quantum puntgewijzigde photovoltaics kan tot 42 percenten van de energieomzetting kunnen bereiken de
efficiency toe te schrijven aan veelvoudige exciton generatie (MEG).[35]
Onderzoekers bij Universiteit van Californië, San Diego met een manier om zonne
photovoltaic cellen efficiënter te maken door hen te maken op de proppen gekomen verward
met indium fosfide nanowires. Het klinkt gelijkaardig aan een project dat vorige week door
een consortium van Duitse universiteiten wordt aangekondigd, die aan overleg werken met
Harvard' de afdeling van de sWetenschap[36]
Transparante leiders
Vele nieuwe zonnecellen gebruiken transparante dunne films die ook leiders van elektrolast
zijn. De dominante geleidende dunne films die in onderzoek worden gebruikt nu zijn
transparante geleidende oxyden (afgekorte „TCO“), en omvatten fluor-gesmeerd tinoxyde
(SnO2: F, of „FTO“), gesmeerd zink oxyde (b.v.: ZnO: Al), en het oxyde van het indiumtin
(afgekorte „ITO“). Deze geleidende films worden ook gebruikt in de LCD industrie voor vlak
paneelvertoningen. De dubbele functie van een TCO staat licht toe om door een
substraatvenster aan het actieve lichte absorberende materiaal eronder over te gaan, en
dient ook aangezien een ohmic te vervoeren contact lastendragers vanaf dat lichte
absorberende materiaal photogenerated. De huidige materialen TCO zijn efficiënt voor
onderzoek, maar misschien nog niet voor photovoltaic productie op grote schaal
geoptimaliseerd. Zij vereisen zeer speciale depositovoorwaarden bij hoog vacuüm, kunnen zij
soms aan slechte mechanische sterkte lijden, en het meest slechte overbrenging in het
infrarode gedeelte van het spectrum hebben (b.v.: De dunne films ITO kunnen ook als
infrarode filters in vliegtuigvensters) worden gebruikt. Deze factoren maken productie op grote
schaal duurder.
Een vrij nieuw gebied is het gebruiken te voorschijn gekomen koolstof nanotube netwerken
als transparante leider voor organische zonnecellen. De netwerken van Nanotube zijn flexibel
en kunnen op oppervlakten een verscheidenheid van manieren worden gedeponeerd. Met
wat behandeling, nanotube kunnen de films in infrared hoogst transparant zijn, misschien
toelatend efficiënte lage bandgap zonnecellen. De netwerken van Nanotube zijn p-type
leiders, terwijl de traditionele transparante leiders uitsluitend zijn n-type. De beschikbaarheid
van a p-type de transparante leider kon tot nieuwe celontwerpen leiden die productie
vereenvoudigen en efficiency verbeteren.
Wafeltje van het silicium baseerde zonnecellen
Ondanks de talrijke pogingen tot het maken van betere zonnecellen door nieuwe en exotische
materialen te gebruiken, is de werkelijkheid dat de photovoltaicsmarkt nog door silicium op
wafeltje-gebaseerde zonnecellen wordt overheerst (de zonnecellen van de eerste generatie).
Dit betekent dat de meeste zonnecelfabrikanten uitgerust zijn om deze te produceren type
van zonnecellen. Daarom wordt een groot volume van onderzoek momenteel gedaan
helemaal over de wereld silicium op wafeltje-gebaseerde zonnecellen creëren die hogere
omzettingsefficiency zonder een exorbitant stijging van productiekosten kunnen bereiken. Het
doel van het onderzoek is de laagste kosten per het ontwerp van de watts zonnecel te
bereiken dat voor commerciële productie geschikt is.[vaag]
Fabrikanten
De zonne cellen worden vervaardigd hoofdzakelijk in Japan, Duitsland, de V.S., en China,
hoewel talrijk andere naties hebben of verwerven significante zonnecelproductiecapaciteit.
Terwijl de technologieën constant naar hogere efficiency evolueren, zijn de meest efficiënte
cellen voor lage kosten elektroproductie niet noodzakelijk die met de hoogste efficiency, maar
die met een evenwicht tussen goedkope productie en efficiency hoge genoeg om op
gebiedbetrekking hebbend saldo van systemenkosten te minimaliseren. Die bedrijven met
grote schaal productietechnologie voor het met een laag bedekken van goedkope substraten
kunnen, in feite, uiteindelijk de laagste kosten netto electriciteitsproducenten, zelfs met
celefficiency zijn die lager is dan die van single-crystal technologieën.
Zie ook
Het Portaal van de energie
Duurzaam ontwikkelingsPortaal

De autonome bouw


















De ontwikkeling van de energie
Fluorescente zonnecollector
Verward
Groene technologie
Helianthos
Microgeneration
Het maximum Volgen van Power Point
Nanowire
Fotodiode
Abnormaal photovoltaic effect
Photovore - (robot -- licht-aangedreven licht-zoekt, vaak)
Vernieuwbare energie
Zonne Motor
Zonne paneel
Zonne dak
Zonne dakspanen
Zonne drijver
Chronologie van zonne-energie
Verwijzingen
1. ^ Alfred Smee (1849). Elementen van elektro-Biologie, of het Voltaic Mechanisme
van de Mens; van elektro-Pathologie, vooral van het Zenuwstelsel…. Londen:
Longman, Bruin, Groen, en Longmans.
2. ^ Alferov, Zh. I., V. M. Andreev, M. B. Kagan, I. I. Protasov, en V. G. Trofim, 1970,
Zonneënergieconvertors ``die op p-n alxGa12xAs-GaAs heterojunctions worden
gebaseerd,'' Fiz. Tekh. Poluprovodn. 4, 2378 (Sov. Phys. Semicond. 4, 2047 (1971))]
3. ^ Nanotechnologie in energietoepassingen, pdf, p.24
4. ^ De Lezing van Nobel door Zhores Alferov, pdf, p.6
5. ^ Malplaatje: Haal Web url= http://photochemistry.epfl.ch/EDEY/NREL.pdf aan
6. ^ Eduardo Lorenzo (1994). Zonne Elektriciteit: Techniek van Photovoltaic Systemen.
Progensa. ISBN 8486505550.
7. ^ ASTM G 173-03, „StandaardLijsten voor Verwijzing Zonne Spectrale Irradiances:
Directe Normaal en Halfrond op 37° helde Oppervlakte over, „Internationale ASTM,
2003.
8. ^ Zonne Spectrale Irradiance: Massa van de lucht 1.5. Het nationale Laboratorium
van de Vernieuwbare Energie. teruggewonnen 2007-12-12.
9. ^ „Cheng-Hsiao Wu en Richard Williams“. Het beperken van efficiency voor
veelvoudige energie-hiaat quantumapparaten. J. Appl. Phys. 54, 6721 (1983).
10. ^ Het uD-geleide team plaatst zonnecelverslag, lid wordt van Dupont op $100 miljoen
project. udel.edu/PR/UDaily (2007-07-24). teruggewonnen 2007-07-24.
11. ^ De ZonneCellen van het silicium met Screen-Printed Metallisering die van de
VoorKant de Efficiency van 19% overschrijdt.
12. ^ mysolar.com FAQ
13. ^ Antonio Luque en Steven Hegedus (2003). Handboek van Photovoltaic
Wetenschap en Techniek. John Wiley en Zonen. ISBN 0471491969.
14. ^ a B Wat is de Terugbetaling van de Energie voor PV?.
15. ^ De Analyse van de netto Energie voor de Duurzame Productie van de Energie van
Silicium baseerde ZonneCellen.
16. ^ Corkish, Richard (1997). "Kunnen de ZonneCellen de Energie die in hun
Vervaardiging wordt geïnvesteerdl ooit heroveren?". Zonne Vooruitgang 18 (2): 1617.
17. ^ Fthenakis, Vasilis M. (Augustus 2004), „De analyse van het de cycluseffect van het
leven van cadmium in de productie van CdTe PV”, De vernieuwbare en Duurzame
Overzichten van de Energie 8: 303-334,
<http://www.firstsolar.com/pdf/Brookhaven_Life_Cycle_Analysis.pdf>
18. ^ Jehad AbuShama, Steve Johnston, Tom Moriarty, Wipplank Glenn, Kannan
Ramanathan en Rommel Noufi, „Eigenschappen van ZnO/CdS/CuInSe2 met Betere
Prestaties,“ Vooruitgang in Photovoltaics: Onderzoek en Toepassingen 12, 39 (2004)
19. ^ NREL plaatst Nieuwe CIGS het Verslag van de Efficiency van de Dunne Film
(breng 30, 2008 in de war)
20. ^ http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/indium/indiumcs06.pdf
21. ^ Tuttle et Gr., de Overwegingen van het Ontwerp en Implementatie van de eigenlijkGrote Productie van de Schaal van ZonneCellen CIGS en Verwante Producten, de
20ste Europese Photovoltaic Conferentie van de Zonne-energie en Tentoonstelling,
Spanje, 2005
22. ^ R. M. Swanson, de „Belofte van Concentrators,“ Vooruitgang in Photovoltaics:
Onderzoek. Appl. 8, blz. 93-111 (2000).
23. ^ http://www.spectrolab.com/DataSheets/TerCel/tercell.pdf
24. ^ Spectrolab - vaak Gestelde Vragen
25. ^ Kim J et al (2007). De „efficiënte ZonneCellen Achter elkaar van het Polymeer die
door All-Solution Processing“ worden vervaardigd. Wetenschap 317 (5835): 222.
doi:10.1126/science.1141711.
26. ^ Mayer, A et al (2007). „Op polymeer-gebaseerde zonnecellen“. Materialen vandaag
10 (11): 28.
27. ^ http://www.nrel.gov/news/press/release.cfm/release_id=10
28. ^ http://www.nrel.gov/ncpv/new_in_cpv.html
29. ^ Wereld-leidende megaschaalpost voor Victoria,
http://www.solarsystems.com.au/documents/SolarSystemsMediaRelease.pdf, Solar
Systems PTY betreden Ltd., 25 oktober, 2006
30. ^ http://solar.anu.edu.au/docs/Sliver%20cells%20060621.ppt
31. ^ T. Nohira Nauwkeurig vastgestelde en bulk elektrochemische vermindering et al,
`van het isoleren van Nationaal siliciumdioxyde aan silicium'. Mater., 2 (2003) 397.
32. ^ X. B. Jin et al., Elektrochemische voorbereiding van silicium en zijn legeringen van
stevige oxyden in gesmolten calciumchloride', Angew. Chem. Int. ED., 43 (2004) 733.
33. ^ Het Onderzoek van de Technologie van de strook bij de Australische Nationale
Universiteit.
34. ^ Het Onderzoek van de Technologie van de strook bij ANU. teruggewonnen 200704-12.
35. ^ „Peter Weiss“. De Sprong van de quantum-punt. Online het Nieuws van de
wetenschap. teruggewonnen 2005-06-17.
36. ^
http://blog.makezine.com/archive/2008/05/chia_pet_meets_the_solar.html?CMP=OT
C-0D6B48984890


McDonald SA, Konstantatos G, Zhang S, Cyr PW, Klem EJ, Levina L, Sargent EH
(2005). „Oplossing-verwerkte PbS quantumpunt infrarode fotodetectoren en
photovoltaics“. De Materialen van de aard 4 (2): 138-42. doi:10.1038/nmat1299.
PMID 15640806.
PVNET Europese Roadmap voor PV R&D ED Arnulf jager-Waldan Bureau voor
Publicaties van de Europese Unie 2004
Download
Random flashcards
mij droom land

4 Cards Lisandro Kurasaki DLuffy

Create flashcards