Fotovoltaik teknolojinin temel unsuru güneş fotovoltaik hücresidir. Güneş fotovoltaik hücrelerinin gelişimi kabaca üç nesle ayrılabilir. İlk nesil silikon güneş pilleridir; ikinci nesil, ince film güneş pilleridir; yüksek güçlü konsantre hücreler, organik güneş pilleri, esnek güneş pilleri ve boyaya duyarlı nano güneş pilleri gibi yeni teknolojiler topluca üçüncü nesil güneş pilleri olarak anılır. Şu anda ana akım, silikon bazlı güneş pillerinin ilk neslidir ve ince film hücrelerinin pazar payı giderek artmaktadır. Yüksek güçlü yoğunlaştırıcı hücreler dışında, üçüncü nesil hücrelerin çoğu hala laboratuvar araştırma ve geliştirme aşamasındadır.
silikon güneş pilleri
Silikon güneş pilleri arasında monokristal silikon teknolojisi en olgun olanıdır. Bu tür hücrelerin verimliliği ve maliyeti öncelikle üretim süreçlerinden etkilenir. Üretim süreci temel olarak külçe döküm, dilimleme, difüzyon, tekstüre, serigrafi ve sinterleme gibi birkaç adıma bölünmüştür. Bu yaygın işlemle üretilen güneş pillerinin fotoelektrik dönüşüm verimliliği genellikle yüzde 16'dır -18.
Monokristal silikon güneş pillerinin dönüştürme verimliliği en yüksektir, ancak maliyeti de yüksektir. Polikristalin silikon güneş pilleri maliyetleri çok iyi azaltabilir. Avantajı, büyük ölçekli üretime uygun büyük boyutlu kare silikon külçeleri doğrudan üretebilmesidir. Ekipman nispeten basittir, bu nedenle üretim süreci basittir, güç tasarrufu ve silikon malzeme tasarrufu sağlar. Malzeme gereksinimleri de nispeten düşüktür.
Malzeme maliyetinin ve güneş pillerinin maliyetinin düşürülmesine ek olarak, esas olarak iki yönden elde edilir: birincisi, silikon gofretlerin kalınlığının azaltılması gibi sarf malzemelerinin azaltılması; diğeri ise dönüştürme verimliliğini artırmaktır. Verimliliği artırmanın yolları aşağıdaki hususları içerir: Birincisi, yüzey tekstüre etme, yansıma önleyici katmanların hazırlanması ve ön elektrotun genişliğinin azaltılması gibi ışık emilimini arttırmaktır. İkincisi, fotojenleştirilmiş taşıyıcıların rekombinasyonunu azaltmak ve yayıcı pasivasyon teknolojisi gibi foton kullanımını iyileştirmektir. Üçüncüsü, direnci azaltmak ve fotoakımın elektrot tarafından emilimini arttırmaktır, örneğin bölme katkılama ve arka elektrik alan teknolojisi.
Monokristal silikon güneş pillerinin fotoelektrik dönüşüm verimliliği için mevcut rekor, New South Wales Üniversitesi'nin PERL yapılı güneş pilleri tarafından oluşturulan yüzde 24,7'dir. Teknik özellikleri şunları içerir: silikon yüzeyindeki fosfor doping konsantrasyonu, yüzeyin rekombinasyonunu azaltmak ve yüzey "ölü katmanlarının" varlığını önlemek için düşüktür; elektrot alanının rekombinasyonunu azaltmak ve iyi bir Ohmik temas oluşturmak için ön ve arka yüzey elektrotlarının altında yerel yüksek konsantrasyonlu difüzyon kullanılır; ön yüzey elektrotu, ışık emme alanını artırmak için fotolitografi işlemiyle daraltılır; ön yüzey elektrotu, elektrot ve silikon arasındaki temas direncini azaltmak için titanyum, paladyum ve gümüş gibi daha uyumlu metallerin bir kombinasyonunu kullanır; pilin ön ve arka yüzeyleri, hücrelerin yüzey rekombinasyonunu azaltmak için SiO2 ve nokta temas yöntemlerini kullanır. Ancak teknoloji henüz sanayileşmemiştir.
PERL teknolojisine ek olarak, dönüştürme verimliliğini artırmak için başka teknolojiler de kullanılabilir. Teknoloji sayesinde BP Solar'ın yüzey yivli süet hücresi ve arka elektrodu (EWT) gibi. İlki, lazer oluk açma işlemi yoluyla esas olarak ön elektrotun genişliğini azaltır ve güneş ışığının emilim alanını arttırır ve büyük ölçekli üretim, yüzde 18,3'lük bir verimlilik sağlayabilir; Arka taraf, böylece ön tarafın ışık emme alanını artırarak yüzde 21,3'lük bir verim elde edebiliyor.
İnce film güneş pilleri
Kristalin silikon güneş pilleri oldukça verimlidir ve büyük ölçekli uygulamalarda ve endüstriyel üretimde hala hakimdir. Bununla birlikte, silikon malzemelerin nispeten yüksek fiyatları nedeniyle, maliyetini büyük ölçüde azaltmak çok zordur. Kristal silikon hücrelere alternatif bulmak için daha düşük maliyetli ince film güneş pilleri ortaya çıkmıştır. Ana akım ince film piller, silikon bazlı ince film piller, kadmiyum tellür (CdTe) ince film piller ve bakır indiyum galyum selenid (CIGS) ince film pillerdir.
Silikon bazlı ince film hücrelerin kalınlığı sadece 2 mikrondur. Yaklaşık 180 mikron kalınlığa sahip kristal silikon hücrelerle karşılaştırıldığında, silikon malzeme miktarı kristal silikon hücrelerin sadece yüzde 1,5'i kadardır ve maliyeti düşüktür. Dahil edilen PN bağlantısının sayısına göre, silikon bazlı ince film hücreleri, tek bağlantılı hücreler, çift bağlantılı hücreler ve çok bağlantılı hücreler olarak ayrılır. Farklı PN bağlantıları, farklı dalga boylarındaki güneş ışığını emebilir. Şu anda, tek bağlantılı hücrelerin en yüksek verimliliği yüzde 7'ye, çift bağlantılı hücreler ise yüzde 10'a ulaşabilir.
Malzemenin iyi ışık emme oranı nedeniyle, kadmiyum tellür ince film hücrelerinin dönüşüm verimliliği, silikon bazlı ince film hücrelerinkinden daha yüksektir ve mevcut verimlilik yüzde 12'ye ulaşabilir. Ancak kadmiyum elementinin kanserojen etkilere sahip olması ve tellürün doğal rezervlerinin sınırlı olması bu pilin uzun vadeli gelişimini kısıtlamaktadır.
Bakır indiyum galyum selenid ince film piller, üretim sürecini ayarlayarak güneş ışığının emilim oranını artırabilen ve böylece dönüşüm verimliliğini artıran yüksek verimli ince film pillerin gelecekteki geliştirme yönü olarak kabul edilir. Şu anda, laboratuvarın dönüştürme verimliliği yüzde 20,1'e ulaşabilir ve ürün verimliliği, tüm ince film piller arasında en yüksek olan yüzde 13-14'e ulaşabilir.
Üçüncü nesil güneş pilleri
Üçüncü nesil hücreler, teorik olarak daha yüksek dönüştürme verimliliklerine ulaşabilir. Bu aşamada yoğunlaştırıcı hücreler dışında çoğu henüz laboratuvar araştırma aşamasındadır.
Yoğunlaştırıcı hücreler genellikle III-V yarı iletken malzemeleri kullanır, çünkü III-V yarı iletkenler silikondan çok daha yüksek sıcaklık direncine sahiptir, yüksek aydınlatma altında hala yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliğine sahiptir ve çok bağlantılı yapı absorpsiyon spektrumunu ve güneş ışığı spektrumunu oluşturur. birbirine yakındır ve teorik dönüşüm verimliliği yüzde 68'e ulaşabilir. Şu anda, üç farklı yarı iletken malzeme, germanyum, galyum arsenit ve galyum indiyum fosfor tarafından üç PN bağlantı noktası oluşturulmuştur. Büyük ölçekli üretim yapılırsa verim yüzde 40'ın üzerine çıkabiliyor.
Güneş pilleri, güneş modülleri halinde paketlenir ve farklı güneş pillerinin uygulanması, kendi özelliklerine ve pazar talebinin gelişimine bağlıdır. İlk zamanlarda güneş enerjisi ağırlıklı olarak iletişim baz istasyonlarında ve yapay uydularda kullanılırken, daha sonraları güneş çatıları gibi sivil alana da yavaş yavaş girmiştir. Bu senaryolarda kurulum alanı küçüktür ve enerji yoğunluğu gereksinimi yüksektir, bu nedenle kristal silikon modüller ana pazar payını işgal eder. Büyük ölçekli güneş enerjisi santrallerinin ve fotovoltaik binaların geliştirilmesiyle, kapsamlı maliyet, dikkate alınması gereken önemli bir faktör olarak enerji yoğunluğunun yerini aldı ve ince film pillerin kullanımı artıyor. Ayrıca farklı teknolojilerin uygulanması, kullanım ortamı ve iklim koşulları gibi diğer faktörlerden de etkilenir.
