박막형 태양전지

오늘날 시장에 나와 있는 태양광 전지의 최대 85%는 결정질 태양광 모듈입니다. 그러나 전문가들은 태양 전지 생산을 위한 박막 기술이 더 효율적이며 따라서 이미 알려진 수정 모듈 중 가장 유망한 것으로 밝혀졌다고 확신합니다.

박막 기술의 가장 큰 장점은 저렴한 비용이며, 이것이 향후 몇 년 동안 리더가 될 수 있는 모든 기회를 갖게 되는 이유입니다. 새로운 기지의 모듈은 말 그대로 태양 전지판을 유연하게 만듭니다. 가볍고 유연하여 의류 표면을 포함하여 문자 그대로 모든 표면에 이러한 배터리를 놓을 수 있습니다.

플렉서블 태양 전지는 폴리머 필름, 비정질 실리콘, 알루미늄, 카드뮴 텔루라이드 및 기타 반도체를 기반으로 하며 휴대 전화, 노트북, 태블릿, 비디오 카메라 및 기타 장치용 휴대용 충전기 생산에 이미 사용되는 소형 폴더블 형태입니다. 태양 전지 . 그러나 더 많은 전력이 필요하면 모듈 면적이 더 커져야 합니다.

박막 태양 전지의 첫 번째 샘플은 기판에 비정질 실리콘을 증착하여 만들었으며 효율은 4~5%에 불과했고 수명도 길지 않았습니다. 동일한 기술의 다음 단계는 효율성을 8%로 높이고 서비스 수명을 연장하는 것이었고 이전의 크리스탈과 비교할 수 있게 되었습니다. 마지막으로, 3세대 박막 모듈은 이미 12%의 효율성을 가지고 있으며, 이는 이미 상당한 발전이자 경쟁력입니다.

여기에 사용된 인듐 구리 셀렌화물과 카드뮴 텔루라이드는 최대 10%의 효율성을 가진 유연한 태양 전지와 휴대용 충전기를 만드는 것을 가능하게 했으며, 이것은 물리학자들이 모든 추가 효율성 비율을 위해 싸우고 있다는 점을 고려할 때 이미 상당한 성과입니다. 이제 박막 배터리가 어떻게 만들어지는지 자세히 살펴보겠습니다.

카드뮴 텔루라이드는 1970년대에 빛을 흡수하는 물질로 연구되기 시작했으며, 이때 우주에서 사용하기 위한 최상의 옵션을 찾아야 했습니다. 오늘날까지 카드뮴 텔루라이드는 태양 전지에 가장 유망한 것으로 남아 있습니다. 그러나 카드뮴 독성에 대한 문제는 한동안 풀리지 않았습니다.

연구 결과 위험은 미미하고 대기 중으로 방출되는 카드뮴 수준은 위험하지 않은 것으로 나타났습니다. 효율성은 11%이며 와트당 가격은 실리콘 아날로그보다 1/3 저렴합니다.

이제 구리 인듐 셀렌화물에 대해. 오늘날 상당한 양의 인듐이 평면 패널 모니터를 만드는 데 사용되므로 그럼에도 불구하고 인듐은 동일한 특성을 가진 갈륨으로 대체됩니다. 태양 에너지… 이를 기반으로 한 필름 배터리는 20%의 효율성을 달성합니다.

최근에는 폴리머 패널이 개발되기 시작했습니다.여기서 유기 반도체는 탄소 풀러렌, 폴리페닐렌, 구리 프탈로시아닌 등 광흡수 물질 역할을 합니다. 태양전지의 두께는 100nm이지만 효율은 5~6%에 불과하다. 그러나 동시에 제작 비용은 매우 낮고 영화는 저렴하고 가볍고 완전히 환경 친화적입니다. 이러한 이유로 수지 패널은 환경 친화성과 기계적 유연성이 중요한 곳에 널리 사용됩니다.

따라서 오늘날 제조되는 박막 태양전지의 효율성은 다음과 같습니다.

• 단결정 - 17~22%;

• 다결정 — 12~18%;

• 비정질 실리콘 - 5~6%;

• 카드뮴 텔루라이드 — 10~12%;

• 구리-인듐 셀렌화물 - 15~20%;

• 유기 폴리머 — 5~6%.

박막 전지의 특성은 무엇입니까? 우선, 크리스탈 아날로그에 비해 연중 최대 15% 더 많은 전력을 제공하는 확산광에서도 모듈의 고성능에 주목할 가치가 있습니다. 다음은 제조 비용 이점입니다. 10kW 이상의 고전력 시스템에서 박막 모듈은 2.5배 더 많은 면적이 필요하지만 더 높은 효율성을 보여줍니다.

따라서 박막 모듈이 정당한 이점을 얻는 조건을 명명할 수 있습니다. 주로 흐린 날씨가 있는 지역에서는 박막 배터리가 효율적으로 작동합니다(광 확산). 더운 기후 지역의 경우 박막이 더 효율적입니다(저온에서와 마찬가지로 고온에서도 효과적으로 작동함). 건물 정면 마감을 위한 장식 디자인 솔루션으로 사용할 수 있습니다. 최대 20%의 투명도가 가능하며 이는 다시 디자이너의 손에 달려 있습니다.

한편, 2008년 미국 회사인 Solyndra는 전기 접점이 장착된 다른 튜브 내부에 배치된 유리관에 광전지 층을 적용한 실린더에 박막 배터리를 배치할 것을 제안했습니다. 사용되는 재료는 구리, 셀레늄, 갈륨, 인듐입니다.

원통형 디자인으로 더 많은 빛을 흡수할 수 있으며 40개의 실린더 세트가 2개의 패널 미터당 맞습니다. 여기서 하이라이트는 흰색 지붕 코팅이 이러한 솔루션의 고효율에 기여한다는 것입니다. 반사 광선도 작동하여 에너지의 20%를 추가하기 때문입니다. 또한 원통형 세트는 최대 55m/s의 돌풍을 동반한 강풍에도 견딜 수 있습니다.

오늘날 제조되는 대부분의 태양 전지는 하나의 pn 접합만 포함하며 밴드 갭보다 적은 에너지를 가진 광자는 단순히 생성에 참여하지 않습니다. 그런 다음 과학자들은 이 한계를 극복할 수 있는 방법을 생각해 냈고, 다층 구조의 캐스케이드 요소가 개발되었습니다. 각 층은 고유한 대역폭을 가집니다. 광자.

상부 층은 수소화된 비정질 실리콘을 기반으로 한 합금으로 형성되며, 두 번째 층은 게르마늄(10-15%)이 추가된 유사한 합금, 세 번째 층은 40-50% 게르마늄이 추가된 합금으로 형성됩니다. 따라서, 각각의 연속적인 층은 이전 층보다 더 좁은 간격을 가지며, 상부 층에서 흡수되지 않은 광자는 필름의 하부 층에 의해 흡수된다.

이 접근 방식에서 생성된 에너지 비용은 기존의 결정질 실리콘 셀에 비해 절반으로 줄어듭니다. 그 결과 3패스 필름으로 31%의 효율을 달성했고, 5패스 필름으로 모두 43%를 약속했다.

최근 모스크바 주립 대학의 전문가들은 유연한 유기 물질 기판에 폴리머를 적용한 롤형 태양 전지를 개발했습니다. 효율성은 4%에 불과했지만 이러한 배터리는 + 80 ° C에서도 10,000시간 동안 작동할 수 있습니다. 이러한 연구는 아직 완료되지 않았습니다.

스위스 과학자들은 폴리머 기준으로 20.4%의 효율을 달성했으며 인듐, 구리, 셀레늄 및 갈륨을 반도체로 사용했습니다. 오늘날 이것은 얇은 폴리머 필름의 요소에 대한 기록입니다.

일본에서는 유사한(인듐, 셀레늄, 구리) 스퍼터 증착 반도체에서 19.7% 효율을 달성했습니다. 그리고 일본에서 그들은 태양열 직물을 생산하기 시작했고 직물에 부착된 직경 약 1.2밀리미터의 원통형 요소를 사용하여 직물 태양 전지판을 개발했습니다. 2015년 초에는 이를 바탕으로 의류 및 차양 생산을 시작할 계획이었습니다.

가까운 장래에 박막형 태양광 패널이 일반 대중에게 보급될 것이 분명하며, 비용 절감을 위해 전 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있는 것도 괜한 일이 아닙니다.