Орг вироб сон елемент ALL / Орг вироб сон елемент ALL / До лекц по Орг Вироб Кремн Фотопер / Cонячні елементи з аморфного кремнію

Cонячні елементи з аморфного кремнію

Сонячні елементи з аморфного кремнію являють собою найтонші шари кремнію, отримані шляхом напилення у вакуумі на скло, пластик або фольгу з високоякісного металу. ККД сонячної панелі на основі аморфного кремнію складає всього 5-6%, що викликано більш швидким, ніж у кристалічних видів, вигорянням шарів кремнію під впливом сонячної радіації. Тому ефективність сонячних батарей на основі аморфного кремнію вже через два місяці експлуатації знижується майже на 20%, а через рік-півтора батарея може зовсім вийти з ладу.

Зовні панель з аморфного кремнію виглядає блякло-сіруватою.

Виробництво елементів з аморфного кремнію є безвідходним, що істотно зменшує їх вартість. Незважаючи на низький ККД, елементи з аморфного кремнію здатні більш ефективно використовувати розсіяне сонячне світло, а при нагріванні елементів вихід електроенергії більше, ніж у кристалічних в аналогічних умовах.

Вихідним матеріалом для виробництва кремнієвих аморфних фотоелементів є силан (SiH₄), так званий кремневодень, який наноситься на матеріал підкладки. Шар нанесеного кремнію в 100 разів тонше кристалічного кремнієвого фотоелемента.

У порівнянні з кристалічними кремнієвими елементами, аморфні мають низку переваг, однією з яких є можливість і відносна простота створення елементів великої площі (більше 1 м) при більш низьких температурах осадження, а також наявність специфічних напівпровідникових властивостей, якими можна управляти для отримання необхідних характеристик, підбираючи оптимальні комбінації компонентів плівки.

Аморфний кремній є гідрогенізованою формою кремнію (a-Si: H), оскільки в його складі міститься водень в кількості від 5 до 20 ат. %, який змінює електрофізичні властивості аморфного кремнію і додає плівці напівпровідникові властивості.

Елементи на основі плівки а-Si: H товщиною менше 1 мкм, отриманій в результаті розкладання силану в тліючому розряді, можуть бути створені на підкладках не тільки з металу, але і з самих різних матеріалів: скла, полімерів, кераміки і т. д., оскільки температура осадження кремнію 250-400 градусів С. Однак, найбільш поширеною і далі залишається підкладка з нержавіючої сталі. Основними напрямками розробок в області аморфних гідрогенізованих елементів (a-Si:H) є підвищення ККД і стабільності параметрів елементів. Найбільш висока ефективність (13%) в даний час отримано на елементі з потрійним переходом p-i-n.

Оптичне поглинання аморфного кремнію в 20 разів перевищує аналогічний показник у кристалічного кремнію, що дозволяє використовувати плівки аморфного кремнію завтовшки всього 0,5-1,0 мкм, замість дорожчих пластин з кристалічного кремнію товщиною 300 мкм.

Технологія, при якій тонка плівка кремнію осідає на підкладку і захищається покриттям, отримала назву «техніки випарювальної фази». Ця технологія відрізняється низькою енерго-та трудомісткістю, а, отже, і відповідною ціною.

Для отримання гнучких фотоелементів, використовуються гнучкі підкладки, такі як металеві або полімерні стрічки. В цьому випадку осадження відбувається безперервно при протягуванні підкладки через реактор. Оскільки дана технологія високоефективна, то і плівки аморфного кремнію, отримані цим способом, мають більш низьку вартість.

Основним недоліком, як ми вже відзначали, є деградація фізичних властивостей елемента в результаті впливу сонячної радіації. Для підвищення стабільності фотоелементів в деяких технологіях стали застосовувати не звичайний аморфний кремній, а двофазний матеріал, з включеннями мікро-або нанокристалів кремнію в базову аморфну ​​матрицю, так званий, мікрокристалічний або нанокристалічних кремній. Чим вище вміст кристалічної фази в кінцевому продукті, тим властивості отриманого матеріалу більше відповідають властивостям мультикристалічного кремнію. Мікрокристалічний або нанокристалічних кремній одержують при додаванні в розплав водню.

Крім двофазних створені також мікроморфні елементи, які являють собою гібридні комірки з аморфного і мікрокристалічного або нанокристалічних кремнію. Поєднуючи переваги обох видів кремнію, такі елементи володіють більш високим ККД і стабільністю, ніж елементи з тільки аморфного кремнію.

Тонкоплівкові елементи, до яких відносяться елементи з аморфного кремнію, здатні виробляти електрику при розсіяному випромінюванні, що робить їх затребуваними в регіонах, де похмура погода не є рідкістю, а також в місцях розташування промислових підприємств, що забруднюють повітря. Незважаючи на більш низьку собівартість тонкоплівкових панелей, їм потрібна площа в 2-2,5 рази більша, ніж для моно-або мультикристалічних панелей, через низький ККД.

Найчастіше тонкоплівкові панелі застосовують для систем, що виробляють енергію прямо в мережу, оскільки найбільша ефективність у тонкоплівкових панелей при їх використанні в потужних системах (вище 10 кВт). Для вироблення електроенергії малопотужними автономними або резервними системами енергопостачання більш застосовні моно-або мультикристалічні панелі.