سلول هاي خورشيدي (دسته بندي)

1-2-1- طبقه ­بندی سلول­ های خورشیدی

طبقه­ بندی­ های متعددی از سلول­های خورشیدی وجود دارند که به طور کلی دو نوع از آنها متداول­تر است و در مراجع بیشتر به آنها اشاره شده است. در ادامه به طور خلاصه به تشریح آنها پرداخته شده است:

 

1-2-1-1- طبقه ­بندی نوع اول

در این نوع از طبقه­ بندی، سلول­ های خورشیدی به انواع سیلیکونی، لایه نازک و نانو ساختار تقسیم­بندی می ­شوند. در ادامه به بررسی اجمالی این تنوع از دسته­ بندی پرداخته شده است:

 

الف- سیلیکون بلوری

این دسته رایج ترين نوع سلول­های خورشیدی هستند و برای ساخت آنها از سیلیکون استفاده شده است. ظاهر این دسته از سلول­ها به رنگ پوشش ضد انعکاسی آنها بستگی دارد. این پوشش­ها محدوده نوری را که می­تواند به سلول راه پیدا کند، مشخص می­کنند و طراح با انتخاب رنگ مورد نظر مقدار نور ورودی را تنظیم می­کند. رنگ آبی به دلیل راندمان بالا رایج­ترین رنگ است و سلول­های خورشیدی با رنگ­های دیگر نسبت به آن راندمان پایین­تری دارند. این خانواده از سلول­های خورشیدی به دو دسته تک کریستالی و چند کریستالی تقسیم می­شوند.

 

- سیلیکون تک بلور

سیلیکون تک بلوری به لحاظ تاریخی مرسوم­ترین نوع برای تهیه سلول­های خورشیدی است و بیشترین آزمایش­ها برای استفاده در صنایع الکترونیک روی آن انجام شده است. آنها کارآمدترین و در عین حال گران­ترین نوع از این سلول­ها می­باشند و برای فضاهایی که از نظر مساحت دچار مشکل است، توصیه می­شوند. سلول­های خورشیدی در این روش، از طریق ورقه کردن گرداله تک بلور رشد داده شده سیلیکون تهیه می شوند. آنها را می توان به نازکی 200 میکرون برید. برای سلول های خورشیدی تهیه شده از تک بلور سیلیکون، در آزمایشگاه ها به راندمان 24 درصدی و در صنعت به راندمان 15 درصدی رسیده اند. سلول های تک بلوری سیلیکون بین 20 تا 25 سال پایدار هستند و مشکل آنها در گران بودن روش تولید آنها است.

 

- سیلیکون چند بلوری:

تفاوت سلول­های خورشیدی چند بلوری و تک بلوری این است که ورقه­های سلول­های خورشیدی چند بلوری را از طریق ورقه کردن بلوک سیلیکون ریخته­گری شده تهیه می­کنند. این سلول­ها نسبت به سلول­های تک بلوری ارزان­تر هستند اما در عوض راندمان پایین­تری دارند. نمونه­های آزمایشگاهی راندمانی 18 درصدی و مدل­های تجاری راندمانی 14 درصد را از خود نشان داده­اند.

 

 

 

 

ب- سلول های خورشیدی با لایه نازک:

همانگونه که از نام آنها مشخص است اصول کار در این سلول­ها مبتنی بر لایه نازکی از نیمه­رسانا است که برروی یک سطح نشانده شده باشد. از آنجایی که این لایه نازک است، از نیمه­رساناهای حجیم، ارزان­تر خواهد بود. روش­های تولید سلول­های خورشیدی لایه نازک باید به سرعت بالای تولید و اتوماسیون فرآیند منجر شود. سلول­های خورشیدی با لایه ­های نازک خود به انواعی تقسیم می­شوند که مهمترین آنها عبارتند از : سیلیکون بی­شکل، سلول­های گالیم آرسنیک، تلورید کادمیم و ...

در ادامه به طور اجمالی تعدادی از مواد فتوالکتریک که از آنها در تولید سلول­های خورشیدی لایه نازک استفاده شده یا در حال طی مراحل پیشرفت خود هستند، آورده شده­اند .

 

- سیلیکون بی شکل:

در سیلیکون بی­شکل، اتم­ها نسبت به سیلیکون بلوری، بیشتر به صورت تصادفی قرار گرفته اند. سیلیکون بی­شکل ساختار بلوری مشخص ندارد و تدریجاً با قرار گرفتن در برابر نور از بین رفته و کیفیت ابتدایی خود را از دست می دهد، البته منفعل سازی به کمک هیدروژن می تواند این اثر را کاهش دهد. راندمان فیلم نازک سیلیکون بی شکل بسیار پائین بوده و در حدود 5 تا 7 درصد است . ارزان تهیه می شود. سیلیکون بی شکل خصوصیات بسیار متفاوتی نسبت به سیلیکون بلوری دارد و می تواند نور مرئی را به جریان الکریسیته تبدیل کند. همچنین نسبت به سیلیکون بلوری نور بیشتری جذب می کند. به عنوان مثال می توان محصول این فناوری را در ماشین حساب های نوری دید.

 

 

 

 

- سلول های گالیم آرسنیک:

نام سلول گالیم آرسنیک از ماده فتوالکتریک و سمی ایندیم گالیم گرفته شده است. این سلول ها حاوی مقادیری از سولفات کادمیم و اکسید روی نیز هستند. راندمان 19 درصدی و تولید ارزان این ماده باعث شده است که علی­رغم وجود مشکل سمی بودن شدید، برای یکسری کاربردهای خاص تولید شوند.

 

- تلورید کادمیم

این ترکیب به طور معمول در بازار یافت نمی­شود اما به دلیل ارزان بودن، از پتانسیل خوبی برای تبدیل شدن به یک محصول تجاری برخوردار است. مشکلات این ماده، سختی تولید انبوه آن و خطرناک بودن کادمیم برای محیط زیست است. اما به دلیل راندمان بالای ساختار نانومتری آن (در حدود 15%) مورد توجه واحد انرژی آمریکا واقع شده و تولید می شوند.

 

ج- سلول­های خورشیدی نانوساختار اکسید تیتانیم:

می­دانیم مواد، زمانی رنگی هستند که قادر به جذب منفرد انرژی به صورت نور در منطقه قابل رویت طیف باشند. ماده رنگزای اصلی در گیاهان (کلروفیل) همین کار را انجام می­دهد با این تفاوت که مانند یک کارخانه شیمیایی عمل کرده و انرژی (نور)، به اضافه آب و گاز کربنیک را به انرژی شیمیایی (قند) تبدیل می­کند. در تکنولوژی جدید، یک ماده رنگ­زا (حساس به نور) –به جای کلروفیل- نور خورشید را جذب کرده ولی به جای تبدیل به انرژی شیمیایی، به الکتریسیته تبدیل می کند.

در سال 1991، 40 سال پس از ساخت اولین سلول خورشیدی سیلیکون، ساخت این سلول­ها با توجه به سایر پیشرفت­ها در زمینه شیشه دچار تحول عظیمی شد. در این سال پروفسور میشل گرتزل، در دانشکده فدرال تکنولوژی سوئد (EPFL) با بهره­گیری از نانو فناوری، مکانیزم فتوسنتز در گیاهان را شبیه­سازی کرد. این سلول که بر اساس مکانیزم فوتو الکتروشیمیایی پی­ریزی شده، در نهایت "سلول خورشیدی با مواد رنگ زای حساس به نور" نام گرفت ولی در مراجع عملی مختلف از آن به عنوان "نانو سل" و "سلول ارگانیک" و حتی به نام مخترعشان "سلول گرتزل" هم نامیده می شود. راندمان این نوع از سلول های خورشیدی در حدود 10% می­باشد.

 

1-2-1-2- طبقه­ بندی نوع دوم

در این نوع از طبقه ­بندی سلول­هاي خورشيدي به دو دسته سيليكوني و غيرسيليكوني تقسيم مي­شوند.

 

الف- سلول­ های خورشیدی سیلیکونی:

سلول­هاي خورشيدي سيليكوني خود، به سه دسته تقسيم مي­شوند: سلول­هاي خورشيدي تك بلوری، سلول­هاي خورشيدي چند بلوری و سلول­هاي خورشيدي بی­شکل.

ويفرهاي تك بلور از شمش­هاي تك بلور، به ضخامت يك سوم تا نیم ميلي­متر، تشكيل مي­شوند كه در دمايي در حدود °C1400، رشد داده شده­اند. اين روش روشي بسيار گران است و سيليكون بدست آمده بايد بسيار خالص با ساختار بلوری تقريباً كامل [1] باشد. به این نوع از سلول­های خورشیدی، سلول­های خورشیدی نسل اول نیز اتلاق می­شود. تکنولوژی نسل اول انرژی بالاتر و هزينه بيشتري برای ساخت نیاز دارد. سيليکون تک پيوندگاهي به بازده نظري 33%  محدود بوده و هزينه­اي معادل 1 دلار برای تولید یک وات در بر دارد که اميدي به بهبود آن نيز نیست.

ويفرهاي چندبلوری، حاصل از ريخته­گري سيليكون هستند كه در آن سيليكون مذاب داخل يك قالب، ريخته مي­شود و سپس بصورت ويفرنهايي، برش زده مي­شود.

به علت روش ساخت ارزانتر، اين ويفرها قيمت بسيار كمتري نسبت به ويفرهاي تك بلور دارند. اما به علت وجود نواقصي كه در اثر ريخته گري در ساختار ويفرها، ايجاد مي­شود، راندمان كمتري دارند. در دو روش بالا، ميزان سيليكون از بين رفته بر اثر تراش دادن شمش اوليه براي رسيدن به ويفرهاي نهايي، حدود نصف سيليكون ساخته شده است.

سيليكون بی­شکل يكي از ويفرهاي ساخته شده به وسيله تكنولوژي لايه نازك است. براي اين نوع،سيليكون از يك گاز فعال مثل سيلان (SiH4) روي يك زیر لایه شيشه اي، لايه نشاني مي­شود]63[.

به اين شيوه سيليكون را مي­توان روي زیرلایه­های ارزان قيمت مثل انواع شيشه­ها و پلاستيك­ها نشاند. انواع ديگر ويفرهاي ساخته شده به وسيله فنآوری لايه نازك، ويفرهاي غير سيليكوني بكار گرفته شده براي تبديل انرژي خورشيدي هستند. برخي از اين ويفرها عبارتند از سلول­هاي دي سلنيد مس اينديم / سولفيد كادميوم [2]و سلول­هايسولفيد كادميوم /تلوريد كادميوم [3]آرسنيدگاليم.

در مجموع به علت لايه نشاني ساده­تر، زیرلایه­هاي ارزانقيمت براي لايه نشاني، مقدار ماده اصلي مصرف شده كمتر (چون ضخامت لايه ويفر در اينجا از  mm1 بيشتر نمي­شود) و توليد انبوه راحت­تر، سل­هاي ساخته شده به روش لايه نازك، توجيه اقتصادي بهتري دارند اما راندمان آنها به گونه­اي است كه در مصارف توان كم مثل ساعت­ها و ماشين حساب­هاي جيبي بكار مي­روند. به این گروه از سلول­های خورشیدی نسل دوم نیز اتلاق می­گردد. نسل دوم با هدف کاهش انرژی و هزينه مورد بررسي و توليد قرار گرفت. روش های توليد جديد از جمله انباشت تبخيري[4]، الکتروپليت[5] و نازل فراصوتی[6] در ساخت اين نسل از سلول­های خورشیدی مورد استفاده قرار گرفتند. 

اين فناوري­ها هزينه­ها را تا 5/0 دلار در هر وات تغيير داد وليکن به دليل نقص­ها و کاستي­هاي موجود در فرآيند توليد باعث کاهش چشم گير کارايي نسبت به نسل اول شد.

موفق­ترين مواد مورد استفاده در نسل دوم شامل تلورید کادمیم، سلنید مس ایندیم گالیوم، سیلیسیوم بی­شکل هستند. اين مواد به صورت لايه نازک بر روی بستري از شيشه و يا سراميک ساخته مي­شوند و با کاهش حجم ماده منجر به کاهش هزينه مي­شوند.

 

ب- سلول های خورشیدی غیرسیلیکونی:

سلول های خورشیدی غیرسیلیکونی که اصطلاحاً نسل سوم نیز خوانده می­شود، به هدف تقويت کارايی نسل دوم آغاز شد و در عين حال هدف کاهش هزينه را نيز دنبال می­کند.

راه­های مختلفی برای تقويت کارايي، مورد استفاده قرار گرفته است:

-        سلول­های فوتوولتایی چند پيوندگاهي

-        کنترل پرتو تابشی

-        استفاده از توليد گرمای اضافي ايجاد شده در اثر پرتو UV برای تقويت ولتاژ و جمع ­آوري حامل ها

-        استفاده از پرتو مادون قرمز برای توليد الکتريسيته در شب

و در اين راستا از تکنولوژي­هاي متفاوتي چون :

      - تکنولوژی نيمه رساناها

       -  تکنولوژی نقطه­ هاي کوانتومي

      -   تکنولوژی پيوندگاه­های چندگانه و غيره بهره گرفته شده است

با توجه به مطالب عنوان شده، به طور کلی مقایسه نسل های سلول خورشیدی در جدول (1-1) آورده شده است.

 

جدول (1-1): مقایسه نسل های مختلف سلول خورشیدی

ردیف

نسل سلول خورشیدی

متداول­ترین نوع

مزایا

معایب

1

نسل اول (سیلیکونی)

- سیلیکون تک بلوری

- سیلیکون چند بلوری

- راندمان بالا (تجاری 14% و آزمایشگاهی 18%)

- وابستگی خارجی مواد اولیه

- گران بودن

- وابستگی به زاویه تابش

2

نسل دوم

(لایه نازک)

- سیلیکون بی شکل

- گالیم آرسنیک

- تلورید کادمیم

- راندمان بالا (15-14%)

 

- نیاز به تجهیزات پیچیده جهت تولید انبوه

- مشکلات زیست محیطی

- وابستگی به زاویه تابش

- گران بودن

3

نسل سوم (نانوساختار)

- سلول های حساس شده با رنگ

- عدم نیاز به تجهیزات پیچیده جهت تولید انبوه

- سازگار با محیط زیست

- عدم وابستگی به زاویه تابش

- امکان کار در روزهای ابری و بارانی

- ارزان بودن

- تنوع بالا

- کنترل زیاد پارامترهای تولید

- بازده پایین تر از دو نسل اول و دوم



1-Near Perfect Crystal Structure

[2]-Copper indium deselenide / Cadmium Suiphide

[3] Cadmium  Telluride/Cadmium Sulphide

[4] vapour deposition

[5] electroplating

[6] Ultrasonic Nozzle


مطالب مشابه :


سلول خورشیدی

programming lar - سلول خورشیدی - برنامه نویسی 1- مسئله انرژي. دسترسي اقتصادي و پايا بودن منابع




220 - سلول خورشیدی/باطری" باتری " خورشیدی چیست و چگونه کار می کند؟ (کلیک کنید)

ساخت ، روش ، اندیشه - 220 - سلول خورشیدی/باطری" باتری " خورشیدی چیست و چگونه کار می کند؟ (کلیک




سلول خورشیدی

گروه برق قیدار - سلول خورشیدی - نمونه سوالات برق کارودانش وفنی حرفه ای و نرم افزارهای برق




سلول خورشیدی

الکترونیک - سلول خورشیدی - الکترونیک حدود ۱۰۰۰ ژول انرژی به هر متر مربع از سطح زمین منتقل




سلول های خورشیدی

مهندسی برق - الکترونیک - سلول های خورشیدی - تازه های تکنولوژی و فناوری در علم الکترونیک - نرم




سلول های خورشیدی

barghi - سلول های خورشیدی - elmi سلول خورشیدی وسیله ای است که انرژی خورشید را مستقیماً بوسیله




تکنیک جریان - ولتاژ ( I-V )

سلول های خورشیدی - تکنیک جریان - ولتاژ ( i-v ) - برای فردایی بهتر




سلول هاي خورشيدي (دسته بندي)

1-2-1- طبقه ­بندی سلول­ های خورشیدی . طبقه­ بندی­ های متعددی از سلول ­ های خورشیدی وجود دارند




سلول های خورشیدی

سلول خورشیدی وسیله ای است که انرژی خورشید را مستقیماً بوسیله اثر فوتوولتائیک(قدرت زای نور




برچسب :