Cèl·lules solars de pel·lícula fina

Fins al 85% de les cèl·lules solars del mercat actual són mòduls solars cristal·lins. Tanmateix, els experts asseguren que la tecnologia de pel·lícula fina per a la producció de cèl·lules solars resulta ser més eficient i, per tant, la més prometedora dels mòduls de cristall ja coneguts.

El principal avantatge de la tecnologia de pel·lícula fina és el seu baix cost, per això té totes les possibilitats de convertir-se en líder en els propers anys. Els mòduls de la nova base fan flexibles les plaques solars, en el sentit literal de la paraula. Són lleugers i flexibles, la qual cosa us permet col·locar aquestes bateries literalment a qualsevol superfície, inclosa la superfície de la roba.

Les cèl·lules solars flexibles es basen en pel·lícules de polímer, silici amorf, alumini, telurur de cadmi i altres semiconductors, que ja s'utilitzen en la producció de carregadors portàtils per a telèfons mòbils, ordinadors portàtils, tauletes, càmeres de vídeo i altres aparells, en forma de petits aparells plegables. cèl·lules solars. Però si es requereix més potència, l'àrea del mòdul haurà de ser més gran.

Les primeres mostres de cèl·lules solars de pel·lícula prima es van fer amb silici amorf dipositat sobre un substrat, i l'eficiència era només del 4 al 5% i la vida útil no va ser llarga. El següent pas de la mateixa tecnologia va ser augmentar l'eficiència al 8% i allargar la vida útil, es va fer comparable als seus predecessors de cristall. Finalment, la tercera generació de mòduls de pel·lícula fina ja tenia una eficiència del 12%, la qual cosa ja suposa un avenç i competitivitat important.

El selenur de coure indi i el telurur de cadmi que s'utilitzen aquí han permès crear cèl·lules solars flexibles i carregadors portàtils amb una eficiència de fins al 10%, i això ja és un èxit important, tenint en compte que els físics lluiten per cada percentatge addicional d'eficiència. Ara mirem més de prop com es fan les bateries de pel·lícula fina.

Pel que fa al telurur de cadmi, es va començar a estudiar com a material absorbent de llum als anys 70, quan calia trobar la millor opció per utilitzar-lo a l'espai. Fins avui, el telurur de cadmi segueix sent el més prometedor per a les cèl·lules solars. Tanmateix, la qüestió de la toxicitat del cadmi roman oberta des de fa temps.

Com a resultat de la investigació, es va demostrar que el perill és mínim, el nivell de cadmi alliberat a l'atmosfera no és perillós. L'eficiència és de l'11%, mentre que el preu per watt és un terç inferior al dels anàlegs de silici.

Ara per al seleniur d'indi de coure. Avui en dia s'utilitza una quantitat important d'indi per crear monitors de pantalla plana, de manera que, tanmateix, l'indi es substitueix pel gal·li, que té les mateixes propietats per energia solar… Les bateries de pel·lícula sobre aquesta base aconsegueixen una eficiència del 20%.

Recentment, s'han començat a desenvolupar panells de polímer.Aquí, els semiconductors orgànics serveixen com a materials absorbents de llum: fulerens de carboni, polifenilè, ftalocianina de coure, etc. El gruix de la cèl·lula solar és de 100 nm, però l'eficiència és només del 5 al 6%. Però al mateix temps, els costos de producció són bastant baixos, les pel·lícules són assequibles, lleugeres i totalment respectuoses amb el medi ambient. Per aquest motiu, els panells de resina són populars on el respecte al medi ambient i la flexibilitat mecànica són importants.

Així, l'eficiència de les cèl·lules solars de pel·lícula fina que es fabriquen avui:

• Cristall simple: del 17 al 22%;

• Policristal - del 12 al 18%;

• Silici amorf - 5 a 6%;

• Tel·lurur de cadmi: del 10 al 12%;

• Selenur de coure-indi: del 15 al 20%;

• Polímers orgànics: del 5 al 6%.

Quines són les característiques de les bateries de pel·lícula fina? En primer lloc, cal destacar l'alt rendiment dels mòduls fins i tot en llum difusa, que ofereix fins a un 15% més de potència durant l'any en comparació amb els anàlegs de cristall. A continuació ve l'avantatge de costos de fabricació. En sistemes d'alta potència, a partir de 10 kW, els mòduls de pel·lícula fina mostren una major eficiència, tot i que es necessita 2,5 vegades més superfície.

Així, podem anomenar les condicions en què els mòduls de pel·lícula prima obtenen un avantatge justificat. A les regions amb temps majoritàriament ennuvolat, les bateries de pel·lícula fina funcionaran de manera eficient (llum difusa). Per a regions amb climes càlids, les pel·lícules primes són més eficients (funcionen amb la mateixa eficàcia a altes temperatures com a baixes). Possibilitat d'ús com a solucions de disseny decoratiu per a l'acabat de façanes d'edificis. És possible una transparència de fins a un 20%, cosa que torna a jugar a les mans dels dissenyadors.

Mentrestant, l'any 2008, l'empresa nord-americana Solyndra va proposar col·locar bateries de pel·lícula fina en cilindres, on s'aplica una capa de fotocélula a un tub de vidre que es col·loca dins d'un altre tub equipat amb contactes elèctrics. Els materials utilitzats són coure, seleni, gal·li, indi.

El disseny cilíndric permet absorbir més llum i un conjunt de 40 cilindres s'adapta per metre de dos panells. El més destacat aquí és que el revestiment blanc del sostre contribueix a l'alta eficiència d'aquesta solució, perquè els raigs reflectits també funcionen, afegint un 20% de la seva energia. A més, els conjunts cilíndrics són resistents fins i tot a forts vents amb ratxes de fins a 55 m/s.

La majoria de cèl·lules solars que es fabriquen avui en dia contenen només una unió pn, i els fotons amb una energia inferior a la banda intercalada simplement no participen en la generació. Aleshores, els científics van trobar una manera de superar aquesta limitació, es van desenvolupar elements en cascada d'una estructura multicapa, on cada capa té la seva pròpia amplada de banda, és a dir, cada capa té una unió pn separada amb un valor individual de l'energia absorbida. fotons.

La capa superior està formada a partir d'un aliatge a base de silici amorf hidrogenat, la segona, un aliatge similar amb l'addició de germani (10-15%), la tercera, amb l'addició de 40 a 50% de germani. Així, cada capa successiva té un buit més estret que el de la capa anterior, i els fotons no absorbits de les capes superiors són absorbits per les capes subjacents de la pel·lícula.

En aquest enfocament, el cost de l'energia generada es redueix a la meitat en comparació amb les cèl·lules tradicionals de silici cristal·lí. Com a resultat, es va aconseguir una eficiència del 31% amb una pel·lícula de tres passades, i una pel·lícula de cinc passades promet el 43%.

Recentment, especialistes de la Universitat Estatal de Moscou han desenvolupat cèl·lules solars de tipus rotllo basades en un polímer aplicat a un substrat flexible de material orgànic. L'eficiència només va ser del 4%, però aquestes bateries poden funcionar fins i tot a + 80 ° C durant 10.000 hores. Aquests estudis encara no s'han acabat.

Els científics suïssos van aconseguir una eficiència del 20,4% sobre una base de polímers, i es van utilitzar indi, coure, seleni i gal·li com a semiconductors. Avui, aquest és un rècord d'elements en una fina pel·lícula de polímer.

Al Japó, van aconseguir un 19,7% d'eficiència en semiconductors similars (indi, seleni, coure) dipositats per polver. I al Japó van començar a produir teixit solar, es van desenvolupar panells solars de tela utilitzant elements cilíndrics d'uns 1,2 mil·límetres de diàmetre units al teixit. A principis del 2015, tenien previst iniciar la producció de roba i para-sols sobre aquesta base.

És obvi que els panells solars de pel·lícula fina estaran finalment disponibles per a la població en un futur proper i no en va s'estan fent tantes investigacions arreu del món per tal de reduir costos.