Din ce sunt fabricate celulele fotovoltaice?

Te gândești să achiziționezi panouri fotovoltaice pentru casa ta? Te întrebi din ce sunt fabricate panourile solare și cum funcționează? Află mai multe despre conversia energiei solare în energie, care te poate ajuta să economisești la factura de energie în fiecare an! Iată tot ce trebuie să știi înainte de a instala panouri fotovoltaice și înainte de a începe să cauți un furnizor și instalator fotovoltaic de încredere.

Energia fotovoltaică crește vertiginos în popularitate peste tot în Europa, nu doar în cadrul companiilor și al șantierelor industriale, ci și în zonele rezidențiale. Cu ajutorul panourilor fotovoltaice, familiile pot economisi până la sute de euro pe an la electricitate, aducând în același timp contribuția lor pentru planetă. Soarele este o sursă inepuizabilă de energie, ceea ce îl face cea mai eficientă sursă de energie regenerabilă atât pentru gospodării, cât și pentru industrii. Și cu ajutorul unui sistem de stocare spațios, o baterie solară, această energie poate fi stocată în perioadele cu soare puternic și utilizată în alte zile, cum ar fi iarna sau toamna mohorâtă. Multe familii și-au instalat deja panourile fotovoltaice pe acoperișurile caselor lor, însă nu mulți au fost interesați de modul în care funcționează aceste panouri și de cum sunt structurate. Care este magia care transformă energia solară în electricitate? Află în articolul nostru de astăzi.

Când lumina soarelui atinge o celulă fotovoltaică (PV), cunoscută și sub denumirea de celulă solară, aceasta poate fie să se reflecte, fie să fie absorbită, fie să treacă prin celulă. Aceste celule sunt fabricate în principal din materiale semiconductoare, ceea ce înseamnă că pot conduce electricitatea mai bine decât izolatorii, dar nu la fel de eficient ca metalele. Diverse materiale semiconductoare sunt utilizate în celulele fotovoltaice.

Acum, care este principiul de funcționare al celulei fotovoltaice? Când lumina interacționează cu materialul semiconductor, aceasta absoarbe energia și o transferă particulelor încărcate negativ din material, numite electroni. Această energie suplimentară permite electronilor să se deplaseze prin material, generând un curent electric. Contactele metalice de pe celula fotovoltaică, aranjate într-un model asemănător unei grile, extrag acest curent, care poate fi apoi utilizat pentru a alimenta locuințele și a contribui la rețeaua electrică.

Eficiența unei celule fotovoltaice este, în esență, energia electrică produsă de celulă în comparație cu energia din lumina incidentă. Această metrică indică eficacitatea celulei în convertirea energiei dintr-o formă în alta. Energia electrică produsă de celulele fotovoltaice este influențată de factori precum intensitatea și lungimile de undă ale luminii disponibile, precum și de diverse atribute de performanță ale celulei.

O caracteristică crucială a semiconductorilor fotovoltaici este bandgap-ul, care determină lungimile de undă ale luminii pe care materialul le poate absorbi și converti în energie electrică. Banda interzisă este distanța dintre banda de valență a electronilor și banda de conducție. Reprezintă energia minimă necesară pentru a excita un electron până la o stare în banda de conducție în care poate participa la conducție. Când intervalul de bandă al semiconductorului se potrivește cu lungimile de undă ale luminii incidente, celula solară poate utiliza eficient toată energia disponibilă.

Acum că știți cum funcționează celulele solare, este timpul să investigați materialul care transformă energia solară în energie solară. Mai multe tipuri de celule solare necesită un tip diferit de material pentru celule solare. Acum, haideți să analizăm lista celor mai utilizate materiale fotovoltaice pentru celulele fotovoltaice:

Celulele solare cu peliculă subțire sunt fabricate prin depunerea unuia sau mai multor straturi subțiri de material fotovoltaic pe un substrat suport, cum ar fi sticlă, plastic sau metal. Două tipuri principale de semiconductori fotovoltaici cu peliculă subțire domină piața: telurura de cadmiu (CdTe) și diseleniura de cupru, indiu și galiu (CIGS). Deși celulele CdTe oferă procese de fabricație rentabile, eficiența lor este încă în urma siliciului. Celulele CIGS se laudă cu proprietăți promițătoare pentru aplicațiile fotovoltaice, dar se confruntă cu complexități de fabricație. Ambele materiale necesită o protecție sporită în comparație cu siliciul pentru funcționarea prelungită în aer liber.

Siliciul este cel mai răspândit material semiconductor utilizat în celulele solare, reprezentând aproximativ 95% din modulele vândute astăzi. De asemenea, este al doilea cel mai abundent material de pe Pământ, după oxigen, și este utilizat pe scară largă în cipurile de computer. Celulele de siliciu cristalin constau din atomi de siliciu interconectați pentru a forma o rețea cristalină, oferind o structură organizată ce îmbunătățește conversia luminii în electricitate. Aceste celule solare pe bază de siliciu oferă o combinație de eficiență ridicată, cost redus și durată lungă de viață, adesea durând 25 de ani sau mai mult, păstrând în același timp peste 80% din puterea lor inițială.

Celulele solare cu perovskit, un subtip de celule cu peliculă subțire, își trag numele de la structura lor cristalină distinctivă. Aceste celule încorporează straturi de materiale depuse pe un substrat. Celulele cu perovskit sunt relativ ușor de asamblat și prezintă eficiențe comparabile cu siliciul cristalin. Eficiența s-a îmbunătățit rapid în laborator, dar viabilitatea comercială depinde de creșterea durabilității pentru utilizare extinsă în exterior și de dezvoltarea unor tehnici de fabricație rentabile.

Celulele solare cu puncte cuantice utilizează particule semiconductoare minuscule, de dimensiuni de doar nanometri, pentru a conduce electricitatea. Deși oferă metode inovatoare de procesare a semiconductorilor, persistă provocări în stabilirea unor conexiuni electrice eficiente. Punctele cuantice sunt disponibile în diferite dimensiuni, cu benzi interzise personalizabile, permițând optimizarea colectării luminii și integrarea cu alți semiconductori pentru performanțe îmbunătățite, cum ar fi perovskiții.

Celulele fotovoltaice organice (OPV) cuprind compuși bogați în carbon și oferă potențial de personalizare pentru funcții specifice ale celulelor fotovoltaice. Deși sunt de aproximativ jumătate din eficiența celulelor de siliciu cristalin, cu durate de viață mai scurte, celulele OPV prezintă oportunități pentru producția de masă rentabilă. Adaptabilitatea lor la diverse materiale de suport, inclusiv materiale plastice flexibile, le lărgește aplicațiile potențiale.

Fotovoltaica cu concentrare (CPV) concentrează lumina soarelui pe o celulă solară folosind oglinzi sau lentile, necesitând mai puțin material fotovoltaic. Această concentrare îmbunătățește eficiența materialelor fotovoltaice, dar necesită materiale mai scumpe și o urmărire precisă a soarelui, ceea ce prezintă provocări în obținerea unor avantaje de cost față de modulele tradiționale de siliciu.

Celulele solare multijoncțiune utilizează mai multe straturi semiconductoare cu benzi interzise diferite pentru a capta un spectru solar mai larg, atingând eficiențe mai mari în comparație cu celulele cu o singură joncțiune. Deși celulele multijoncțiune au demonstrat eficiențe care depășesc 45%, producția lor rămâne costisitoare și complexă, rezervată în principal aplicațiilor specializate, cum ar fi explorarea spațiului și dronele militare.