Ogniwa z krzemu krystalicznego – charakterystyka

Najczęściej występująca odmiana modułu fotowoltaicznego (inaczej panela słonecznego) posiada ogniwa zbudowane z krzemu krystalicznego. Wytwarza on prąd elektryczny stały, dzięki obecności półprzewodnika w postaci warstwy krzemu oraz znajdującego się w niej półprzewodnikowego złącza P-N. Kiedy na krzemową płytkę trafiają fotony o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, następuje wytworzenie i przepływ energii.

W skład złącza P-N wchodzą złącza P oraz N. Pierwsze z nich powstaje dzięki wykorzystaniu domieszek boru (jego atomy mają o jeden elektron mniej niż krzem), drugie – na drodze zmieszania z fosforem (napyla się go na powierzchnię wafli ogniw), który odznacza się jednym nadmiarowym w stosunku do krzemu elektronem.

W krzemie typu P inne pierwiastki, np. bor, są z nim bezpośrednio mieszane – w ten sposób materiał zaczyna tworzyć złącze typu P.  Kiedy mówimy o ogniwie typu P, mamy na myśli ogniwo składające się w przeważającej mierze z krzemu typu P oraz znajdującej się nad nim cienkiej warstwy krzemu typu N.

W ogniwach typu N jest odwrotnie: to krzem typu N jest tu dominujący, a krzem typu P stanowi wierzchnią, cieńszą warstwę.

W produkcji modułów fotowoltaicznych wykorzystuje się głównie ogniwa oparte na krzemie typu P. Stanowią one ok. 90 procent całej produkcji, co jest podyktowane głównie niższymi kosztami wytworzenia. Technologiczny rozwój sprawia jednak, że coraz większy nacisk kładziony jest na ogniwa typu N. Mają one nad ogniwami typu P tę przewagę, że nie występuje w nich zjawisko LID oraz że są bardziej odporne na zanieczyszczenia.

Ze względu na stopień krystalizacji krzemu ogniwa krzemowe dzielimy na mono-, poli- oraz quasi-monokrystaliczne. Czym charakteryzują się każde z nich?

MONO c-Si, czyli ogniwa monokrystaliczne

Zbudowane są z monokryształów krzemu o przekroju koła, dzięki czemu ogniwa mają zaokrąglone krawędzie. Przybierają barwę od ciemnoniebieskiej do czarnej. Moduły składające się z ogniw monokrystalicznych są bardzo wydajne. Stosunek spadku ich mocy do wzrastającej temperatury jest najwyższy spośród wszystkich modułów fotowoltaicznych. Jest to też rozwiązanie najdroższe spośród modułów opartych na krzemie.

POLY/mc-Si – ogniwa polikrystaliczne

Moduł składa się z krzemu, który wykrystalizował wiele kryształów. Ma barwę jasnoniebieską i widoczne krawędzie. Ogniwa mają najczęściej kształt kwadratu, czasem prostokąta. Moduły z ogniw polikrystalicznych są wysoce sprawne i w ciągu ostatnich lat zaczynają „doganiać” pod tym względem monokrystaliczne. Wciąż wysoki (ale niższy niż w przypadku modułów MONO) jest tutaj wskaźnik spadku mocy wraz ze wzrostem temperatury. Tańszy od modułu MONO o około 8-15 procent.

Mono-like-multi/cast-mono – ogniwa quasi-monokrystaliczne

Moduły fotowoltaiczne zbudowane z ogniw quasi-monokrystalicznych do sprzedaży trafiły na przełomie lat 2011/2012. Stworzone są z ogniw hybrydowych, czyli monokryształ w centrum, a na obrzeżach polikryształy. Zaczęto je produkować w odpowiedzi na potrzebę obniżenia kosztów użytkowania oraz wskaźnika spadku mocy w stosunku do wzrostu temperatury, przy zachowaniu sprawności podobnej do modułów MONO.

Dodaj komentarz