تاریخچه سلول خورشیدی

Submit to FacebookSubmit to Google PlusSubmit to TwitterSubmit to LinkedIn

اگر منابع موثق باشند، فیزیکدان فرانسوی الکساندر ادموند بکرل تصادفا اثر فتوولتاییک را در سال 1839 مشاهده کرد هنگامیکه الکترود داخل سیال رسانا ی  در معرض نور را دستکاری کرد. مخترع آمریکایی چارلز فریتز با ساخت اولین سلول فتوولتاییک حدود سال 1983 شناخته می شود.روش او شامل پوشاندن سلنیوم با فیلم نازکی از طلا بود،که در بهترین حالت کمتر از 1 درصد بازدهی داشت، اما کار می کرد.البته هزینه ی بالای متریال ها ¾ سلنیوم . ¾ طلا دستاورد او را تیره کرد.

همچنانکه داستان پیش می رود، در سال 1888فیزیکدان روسی الکساندر استولتوف سلول فتوالکتریک خود را بر اساس کشف اثر فتوالکتریک توسط هاینریش هرتز در سال 1887 می سازد. در سال 1905 آلبرت انیشتین اثر فتوولتاییک را تشریح می کند. مهندس آمریکایی راسل شوماخر اختراع اتصال سلول خورشیدی نیمه هادی را در سال 1946 ثبت می کند تا زمانیکه تحقیقات منجر به اختراع ترانزیستور می شود.

آزمایشگاه بل برای توسعه اولین سلول خورشیدی کارآ در سال 1954 شناخته شد.با استفاده از اتصال سیلیکون دیفیوزه اتصال P-N بازدهی را تقویت کردند اما قیمتش مقزون به صرفه نبود. 4 سال بعد ماهواره پیشتاز یک به فضا فرستاده شد که بدنه خارجیش با سلول خورشیدی پوشانده شده بود. هدف افزایش زمان ماموریت بود که معمولا محدود به عمر باتری بود.در جهت اثبات بازدهی سلولهای خورشیدی با ظهور طراحی ماهواره ها یکپارچه شدند مانند آزمایشگاه بل تل استار

رویکرد برمان دو فرآیند پرهزینه را حذف کرد در حالیکه بازیابی وسیعی از قراضه ی سیلیکون را قادر ساخته بود.او متوجه شد که برای کاربردهای خورشیدی نیازی به سیلیکون عالی نیست ومقدار کمی عیوب تاثیر چندانی بر کارآیی سلول خورشیدی تخواهد گذاشت.درسال 1973 برمان و گروهش پانل سلول خورشیدی را با قیمت 10 دلار در هر وات ساختند و با قیمت بیش از 20 دلار درهر وات فروختند.

سلول های خورشیدی سیلیکون متبلور (کربن سیلیکون) به خاطر ثبات کربن سیلیکون به طور عمده استفاده می شوند، و بازدهی بین 15 تا 25 درصد دارند به طور کلی، قابلیت اعتماد ش ثابت شده است.کربن سیلیکون جاذب ضعیف نور هست و ممکن است در عصر مایکرو مینیاتور خطا به نظر برسد، و آن باید به طور کامل ضخیم و سفت باشد.

کربن سیلیکون پایه ای شامل 7 لایه ضروری هست. یک چسپ شفاف پوشش شیشه ای را روی اندود ضد انعکاسی نگه می دارد تا مطمئن شود که تمام نور عبوری از لایه های سیلیکون متبلور را فیلتر کند.مشابه تکنولوژی نیمه هادی، یک لایه N روی لایه P قرار می گیرد . کل بسته با دو محل اتصال الکتریکی کنار هم قرار می گیرند: اتصال مثبت در بالا و اتصال منفی در پاین

کربن سیلیکون در نوع عمومی استفاده می شوند:سیلیکون تک بلوری و چند بلوری.سیلیکون تک کریستالی از کریستال با خلوص بالا سیلیکون بریده می شود، که شامل ویفرهای تک بلوری با قطر150 میلیمتر و ضخامت 200 میلیمترمی باشد.برای بدست آوردن سود بیشتر،سیلیکون چند کریستالی بیشتر ساخته می شود،یعنی بلوکهای سیلیکون را به شکل میله بریده و سپس به شکل ویفر درمی آید. در هر دو حالت، یک سلول کربن سیلیکون حدودا نیم وات تولید می کند، و چند سلول به صورت سری به هم وصل می شوند تا خروجی ولتاژ را تقویت کند.

پانلهای خورشیدی فیلم نازک

حتی در شکل قراضه،بر اساس سطح بازدهی به دست آمده ویفر های سیلیکون کریستالی ارزان نیستند .سلولهای خورشیدی فیلم نازک که بالقوه ارزانتر از پانلهای سنتی هستند اما بازدهی کمتری دارند،با دامنه 20 تا 30 درصدی تبدیل نور به ولتاژ قراردارند وارد میدان شده اند.

با تفاوت کم نسبت به ترکیبات کربن سیلیکون، سولهای فیلم نازک 6 لایه دارند.. در این مورد اندود شفاف لایه ضد انعکاسی را می پوشاند. اینها در پی متریالهای نوع پی و ان می آیند، و در پی آن ورق اتصال و زیرلایه. و به روشنی اصل بهره برداری مانند کربن سیلیکون می باشد.

شکل عمومی سلولهای خورشیدی فیلم نازک به 4 صورت بسته به متریال استفاده شده می باشند: سیلیکون خنثی ، سیلیکون فیلم نازک ، کادمیم تلوراید، مس اینیدیم گالیم سلناید وسلول بدون سلناید به علاوه ی سایر مواد آلی.

سلول فیلم نازک از سایر سلولها سبکتر و نازکتر می باشد.ساختار و عملکرد یکسان هستند، تنها تفاوت بین فیلم نازک با کربن – سیلیکون ، نازک و منعطف بودن لایه های فیلم نازک می باشد و متریال فتوولتاییک: هم کادمیم-تلوراید یا مس- انیدیم- گالیم – بدون سلناید به جای سیلیکون استفاده می شود.

سلیکون در برابر فیلم نازک

تکنولوژی کربن – سیلیکون در اطراف آمده اند و ارزش خود را ثابت کرده اند، در حالیکه فیلم نازک هنوز در دوران طفولیت خود هست اما پتانسیل ارزان شدن چشمگیر را دارد و حداقل قابل قیاس در بازدهی و قابلیت اعتماد می باشد

مزایای کربن – سیلیکون شامل نرخ بازدهی حدود 12 تا 24.2 درصد، ثبات بالا، سهولت ساخت، و قابلیت اعتماد بالا هستند. طول عمر بالا مزیت دیگر هست. مدولهای کربن – سیلیکون که از سال 1970 مورد استفاده قرار گرفتند همچنان در حال بهره براری هستند، و پانلهای کریستال تکی می توانند در شرایط سخت سفر فضایی تاب بیاورند. مزیت دیگر شامل مقاومت بالا در برابر گرما و هزینه ی پایین نصب می باشد.و سیلیکون زمان دفع یا بازیافت بیشتر دوستدار محیط زیست می باشد .

جنبه ی دیگر آن ،هزینه ی اولیه ی قطعات سلولها گرانتر می باشد. همچنین آنها ضریب جذب پایینی دارند و سفت و شکننده می باشند.

در سوی دیگر، سلولهای فیلم نازک ارزانتر از سلولهای ویفری قدیمی کربن – سیلیکون می باشند. در شکل ورقهای ویفری نازک موجود هستند، انعطا ف پذیری بیشتری دارند و برای استفاده راحتتر هستند. کمتر مستعد شکستن و خراب شدن هستند نسبت به رقبای سیلیکونی.

مهمترین عیب فیلم نازک بازدهی پایین آنهاست، که در بعضی کاربردها مزیت قیمت را جبران می کند. آنها همچنین ساختار پیچیده تری دارند. مهارت منحصر بفردی برای نصب انوع انعطاف پذیر آنها لازم است. و برای کاربردهای فضایی عمر طولانی حداقل تا الان ندارند.

هردوی پانلهای کربن- سیلیکون و فیلم نازک کاربردهای زیادی در تولید برق دارند. بر اساس مخالفان و موافقان ، در کاربردهای نیازمند بازدهی بالا از کربن – سیلیکون و در شرایط مقرون به صرفه بودن و انعطا ف از فیلم نازک استفاده خواهید کرد

solar power