Способи виготовлення сонячниз батарей

3.7.Квантові точки сонячних систем (QDSCs)

Квантова точка сонячних батарей (QDSCs) засновані від клітини відкритий вченим, або сенсибілізовані барвником сонячні елементи , архітектури, але використовувати низькі забороненої зони напівпровідникових наночастинок , які також називаються квантовими крапками (наприклад, CdS , CdSe , Sb ₂ S ₃ , PbS та ін .), а органічні або металоорганічні барвників, як світло поглиначів. Квантові точки (КТ) залучають великий інтерес завдяки своїм унікальним властивостям. Їх розмірного квантування дозволяє зони повинні бути налаштовані шляхом простої зміни розміру часток. Вони також мають високі коефіцієнти екстинкції , і показали можливість множинної генерації екситонів . 

В QDSC, мезопористих шар діоксиду титану наночастинок є основою елементу, так само, як в DSSC. Це TiO ₂ шару може бути фотоактивних покриттям з напівпровідниковими квантовими крапками використанням хімічного осадження ванни , електрофоретичного осадження або послідовних іонний шар адсорбції і реакції.Електрична схема потім завершити за допомогою рідких або твердих окислювально-відновні пари . За останні 3-4 роки, ефективність QDSCs різко зросла з ефективністю більше 5% показали як рідина-переходу  і твердих клітин стану. З метою зниження витрат виробництва цих пристроїв, Prashant Kamat дослідницької групи  недавно продемонстрував сонячну фарбу з TiO ₂ і CdSe, які можна застосовувати, використовуючи один крок методу для будь провідної поверхні і показали ефективність протягом 1 %. 

3.8.Органічні / полімерні сонячні елементи

Органічні сонячні батареї є відносно новою технологією, але обіцяють значне зниження цін (більш тонкі плівки кремнію) і швидке повернення інвестицій. Ці клітини можуть бути оброблені з рішенням, отже, можливість простого рулону на рулон друкованого процесу, що призводить до недорогих, великомасштабного виробництва.

Органічних  сонячних елементів і сонячних батарей полімерів побудовані з тонких плівок (зазвичай 100 нм) органічних напівпровідників , включаючи полімери, такі як вінілі поліфенілен і низькомолекулярних сполук, як фталоцианина міді (синього або зеленого органічного пігменту) і вуглецевих фулеренів і похідних фулерену такі як PCBM .Перетворення енергії ефективність досягнутих на сьогоднішній день використання провідних полімерів низькою порівняно з неорганічними матеріалами. Тим не менш, швидко покращився за останні кілька років, а найвищий NREL (Національна лабораторія поновлюваних джерел енергії), сертифікований ефективність досягла 8,3%Konarka Пластикові вади.  Крім того, ці клітини можуть бути корисні для деяких додатків, де гнучкість, і одноразовості важливі.

Ці  пристрої відрізняються від неорганічних напівпровідникових сонячних батарей  у тому, що вони не залежать від великого вбудованого електричного поля переходу PN для поділу електронів і дірок  створюються, коли фотони поглинаються. Активною області органічної Пристрій складається з двох матеріалів, один з яких виступає в якості донора електронів, а інший акцептором. Коли фотон перетворюється в електрон пари отворів, як правило, в донорського матеріалу, як правило, залишаються пов'язаними у вигляді екситонів , і розійшлися, коли екситон дифундує в донорно-акцепторний механізм. Коротка довжина дифузії екситонів більшості полімерних систем, як правило, обмежує ефективність таких пристроїв. Наноструктуровані інтерфейсів, іноді у вигляді об'ємних гетеропереходів, може підвищити продуктивність. 

3.9.Тонкі плівки кремнію

Кремнієві тонкоплівкові клітини в основному на зберігання хімічного осадження парів (як правило, плазменно-, PE-CVD) з силану газ і водень газу. В залежності від параметрів осадження, це може привести: 

1. Аморфного кремнію (Si-або-Si: H)
2. Protocrystalline кремнію або
3. Нанокристалічною кремнію (пс-пс або Si-Si: H), званий також мікрокристалічний кремній.

Було  встановлено, що protocrystalline кремнію з  низькою об'ємною часткою нанокристалічною кремнію є оптимальною для  високих напруги холостого ходу.  Ці типи представляють кремнію обірваних і кручений облігації, що призводить до глибоких дефектів (енергетичних рівнів в забороненій зоні), а також як деформації валентної зоною і зоною провідності (група хвости). Сонячні елементи, виготовлені з цих матеріалів, як правило, мають більш низький ККД перетворення енергії , ніж маса кремнію, але і дешевше у виробництві. Квантова ефективність тонкоплівкових сонячних батарей також нижче, у зв'язку зі скороченням кількості зібраних носіїв заряду в падаючих фотонів.

Аморфного кремнію (Si) сонячних батарей складається  з аморфної або мікрокристалічної  кремнію і його основні електронні структури контактний вузол. -Si є привабливим як сонячних клітинного матеріалу, тому що в достатку, і нетоксичні (на відміну від свого колеги CdTe) і вимагає низької температури обробки, що дозволяє виробництво пристроїв відбувається на гнучких і дешевих підкладках. В аморфною структурою має більш високу швидкість поглинання світла, ніж кристалічні осередку, повний спектр світла може бути поглинено з дуже тонким шаром фото-електрично активних матеріалів. Фільм тільки 1 мікрон може поглинути 90% корисної сонячної енергії. ^[ 45 ] Це призвело до зниження вимог матеріалу, поряд із сучасними технологіями здатної великої площі осадження-Si, масштабованість цього типу клітин високий. Однак, оскільки це аморфне, воно має високу притаманні розлади та обірваних зв'язків, що робить його поганим провідником для носіїв заряду. Ці обірвані зв'язки виступають як центри рекомбінації, що сильно скоротить час життя носіїв і пін-код рівня Фермі енергії, так що легування матеріалу п-і р-типу не представляється можливим. Аморфного кремнію також страждає від Стеблер-Вронського ефект, в результаті чого ефективність пристроїв, що використовують аморфний кремній падіння, як клітина піддається впливу світла. Виробництво-Si тонкоплівкових сонячних елементів використовується скло в якості підкладки і депозити дуже тонкий шар кремнію плазменно-хімічного осадження з парової фази (ПХО). Si-виробники працюють в напрямку зниження витрат у розрахунку на ват і вище ефективність перетворення з безперервним дослідженням та розробкам багатоперехідних сонячних елементів для сонячних батарей. Anwell Technologies Limited недавно оголосила про свій мішенню для мульти-субстрат-багатокамерні PECVD, знизити витрати на США $ 0,5 за ват. 

Аморфний  кремній має більш високу забороненої  зони (1,7 еВ), ніж кристалічного кремнію (C-Si) (1.1 еВ), що означає, що він поглинає у видимій частині сонячного  спектра сильніше, ніж інфрачервона частина спектра. Як пс-Si має приблизно такий же ширини забороненої зони, як С-Si, пс-Si і Si-може з успіхом бути об'єднані в тонких шарах, створюючи шаруватий клітини називають тандем клітини . Верхньої осередки в-Si поглинає видиме світло і виходить з інфрачервоної частини спектру для нижньої осередку пс-Si.

Останнім  часом рішення для подолання  обмежень тонкоплівковий кристалічний кремній були розроблені. Світло схеми захоплення, де слабо поглинається довгий світловий хвилі в поєднанні косо в кремнії і проходить через фільм кілька разів, може значно поліпшити поглинання сонячного світла в тонких плівок кремнію. Мінімізація верхньої покриття контакту поверхні клітини, є ще одним способом для зниження оптичних втрат, такий підхід просто направлена ​​на зменшення площі, покритої по комірці, щоб забезпечити максимально легкий вхід в клітку. Покриття антивідблиску також може застосовуватися для створення деструктивної інтерференції в клітці. Це може бути зроблено шляхом модуляції заломлення поверхні покриття, якщо деструктивна інтерференція буде досягнута, не буде відображати хвилі і, отже, весь світ буде передано в напівпровідник клітини. Поверхня текстурування і інший варіант, але може бути менш життєздатні, тому що також збільшує виробництво ціною. Застосовуючи текстури на поверхні сонячної батареї, відбите світло може бути заломлюється в падаючого на поверхню ще раз, тим самим знижуючи загальне світло, відбите з. Світло захоплення в якості ще одного методу дозволяє при зменшенні загальної товщиною пристрою, довжина шляху, що світло буде подорожувати в кілька разів перевищує фактичну товщину пристрою. Це може бути досягнуто шляхом додавання текстури backreflector до пристрою, а також текстурування поверхні. Якщо обидві передні і задні поверхні пристрою відповідають цьому критерію, то світло буде "пастку", не маючи безпосередній шлях з пристрою за рахунок внутрішнього відображення. Теплові методи обробки може значно підвищити якість кристала кремнію і тим самим привести до підвищення ефективності остаточного сонячних батарей. Подальше просування в геометричних міркувань будівельних пристрої можуть використовувати розмірність наноматеріалів. Створення великих, паралельні масиви нанопроводів дозволяє великої довжини поглинання на довжині дроти, зберігаючи невеликої довжини дифузії неосновних носіїв заряду вздовж радіальному напрямку.Додавання наночастинок між нанопровідника дозволить для проведення через пристрій. Завдяки природній геометрії цих масивів, текстуроване поверхню, природно форма, яка дозволяє ще більше світла потрапити в халепу. Ще одна перевага цієї геометрії є те, що ці типи пристроїв потрібно приблизно в 100 разів менше матеріалу, ніж звичайні пластини-пристроїв.

3.10.Сонячні 3D-панелі

Широко використовувані  плоскопанельні сонячні елементи в  загальному випадку мають один істотний недолік — нерівномірна віддача  електроенергії протягом дня. Установка  ж систем спостереження за сонцем значно піднімає вартість конструкції  і зводить нанівець всі переваги безкоштовної енергії.

Дослідники  з Массачусетського технологічного інституту (Massachusetts Institute of Technology) звернули увагу, що ідеальний природний «перетворювач» сонячної енергії — крони дерев, мають об’ємну форму. Група вчених під керівництвом Джеффрі Гроссмана (Jeffrey Grossman) розробила математичну  модель об’ємної сонячної панелі для  дослідження оптимально ефективної форми. Вчені використовували так  званий генетичний алгоритм для оптимізації  форми панелі, емулюючи біологічну еволюцію.

Програма генерує  послідовність форм від простих  до все більш складних структур, відбираючи найбільш ефективні з  точки зору поглинаючої поверхні з урахуванням усього часу доби. У результаті дослідники отримали декілька перспективних форм сонячних 3D-панелей, які в 2,5 рази ефективніше плоских  при рівних розмірах по висоті і  ширині. При цьому рівень поглинальної енергії практично не змінюється протягом дня.

Розробка даного напрямку ведеться поки тільки на рівні  математичних моделей, але прототип такої панелі вже можна збирати  з плоских елементів.

4.Методи дослідження

На  практиці використовують три основні  режими вимірювання спектрів фотовідгуку фотодіодів:

1)Режим  вимірюваня фотоструму короткого  замианя.Для цього потрібно щоб  вхідний опір був набагато  менший диференційованого опору  діода при V=0.

2)Фотодіодний  режим.Перевагою цього методу  є те що змінюючи напругу  зворотного зміщення V змінюється напруженість електричного поля E.

3)Режим  вимірювання фото-ЕРС при холостому  ході.

Для дослідження спектрів нанокомпозитних  матеріалів ми використовуємо універсальний  обчислювальний спектральний комплекс типу КСВУ,який досліджує спектр в  діапазоні 200-1200 нм з подальшою обробкою результатів.

Функціональна схема комплексу  типу КСВУ

Із  лампи, яка виступає джерелом світла,подається  світло на коліматор,який уже видає  певну довжину хвилі у деякому  колі довжин. Після чого воно подається  на зразок, ми ожемо побачити залежність струму від довжини хвилі. Обробка  результатів ведеться безпосередньо  автоматичо за допомогою контролера, який отримує інформацію із вольтмета  та заразка,обробляє дані та подає їх на LPT порт комп’ютера,на якому уже готова програма опрацьовує готові зняті дані та виводить значення дослідження та графік.

Схема підключення контроллера.

Висновок

 Сонячні елементи широко викоистовуються у енергетичній галузісуспільства, що робить велику потребу у виробництві та досідженні нових матеріалів, які мають високоефективне використування у певній сфері потреб. Новітні технології дали змогу досягнути ефективність елементів до 86% за рахунок сконцетрованого пчка світла. У галузі космоафтики виористовують арсеніди галію та інші матеріали які є високоефективними сонячними елементами на даний час,але дорогими. Тому на теперішній час іде два напрямки досіджень. Один це у пошуку дешевих та у той же час ефективних маеріалів, методів виготовлення елементів. Другий це у пошуку високоефективних елементів,під час яких не ставиться питання ціни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список літератури:

1. Tetsuo Soga ,“Nanostructured Mayerials for Solar Energy Conversion”,2006р.,600ст.
2. В.П.Савчин, І.І.Іжнін, М.М. Ваків,”Напівпровідникова фотоелектроніка2010р.728ст.
3. http://en.wikipedia.org
4. http://nitrid-chemical.ru/ua/news/362.htm
5. http://starodub.org.ua
6. http://vesoftua.te.ua