Güneş Hücresi Verimliliği

1976'dan beri güneş hücresi enerji dönüşüm verimlilikleri araştırma zaman çizelgesi (Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı )

Güneş hücresi verimliliği, enerjinin güneş ışığı şeklindeki kısmınıngüneş hücresi tarafından fotovoltaik cihazlar yoluyla elektriğe dönüştürülebilen kısmını ifade eder.

Bir fotovoltaik sistemde kullanılan güneş hücrelerinin verimliliği, enlem ve iklim ile birlikte, sistemin yıllık enerji çıktısını belirler. Örneğin, % 20 verimliliğe ve 1 m2 alana sahip bir güneş paneli,1000 W/m2 Standart Test Koşulu altında günde 2,74 saat güneş ışınımına maruz kalırsa, Standart Test Koşullarında 200 kWh / yıl enerji üretecektir. Genellikle güneş panelleri belirli bir günde bundan daha uzun süre güneş ışığına maruz kalır, ancak güneş ışınımı günün büyük bir kısmında 1000W/m2'den azdır. Bir güneş paneli, güneş gökyüzünde yüksekte olduğunda ışık daha dik açıyla ulaştığı için daha fazla enerji üretebilirken, bulutlu havalarda veya güneş gökyüzünde ufuk çizgilerine yakınken daha az enerji üretir. Güneş kış aylarında gökyüzünde konum olarak daha alçaktadır. Yılda 2000 kWh/m2 [1] güneş ışığı alan Colorado merkezi gibi yüksek verimli bir güneş sahasında böyle bir panelin yılda 400 kWh enerji üretmesi beklenebilir. Ancak, yalnızca 1400kWh/m2/yıl[1] enerji alan Michigan'da [1], aynı panel için yıllık enerji verimi 280 kWh'ye düşecektir. Aynı şekilde daha kuzeydeki Avrupa enlemlerinde, verim önemli ölçüde daha düşüktür: Örneğin Güney İngiltere'de aynı koşullar altında 175kWh yıllık enerji verimi sağlanabilir.[2]

Güneş hücreleri tarafından yük toplama şeması. Işık, her iki elektrot tarafından toplanan elektron deliği çiftleri yaratan şeffaf iletken elektrot aracılığıyla iletilir. Bir güneş hücresinin soğurma ve toplama verimliliği, şeffaf iletkenlerin tasarımına ve aktif katman kalınlığına bağlıdır.[3]

Yansıtma oranı, termodinamik verimlilik, yük taşıyıcı ayırma verimliliği, yük taşıyıcı toplama verimliliği ve iletim verimliliği değerleri dahil olmak üzere bir hücrenin dönüşüm verimliliği değerini etkileyen birkaç faktör vardır.[3][4] Bu parametrelerin doğrudan ölçülmesi zor olabileceğinden, bunun yerine kuantum verimliliği, açık devre voltajı (VOC ) oranı ve doldurma faktörü § Fill factor (aşağıda açıklanmıştır) hususları kullanılır. Yansıtma kayıpları, "harici kuantum verimliliğini" etkiledikleri için kuantum verimlilik değeri ile açıklanır. Rekombinasyon (yarı iletkende serbest elektronların deşiklerle birleşmesi) kayıpları, kuantum verimliliği, VOC oranı ve doldurma faktörü- § Fill factor- değerleri ile açıklanır.

Dirençli kayıplar ağırlıklı olarak doldurma faktörü- § Fill factor- değeriyle hesaplanır, ancak aynı zamanda kuantum verimliliği ve VOC oranı değerlerine de katkıda bulunur. 2019'da, Golden, Colorado, ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'nda geliştirilen çok bağlantılı yoğunlaştırıcı güneş hücreleri kullanılarak % 47,1 ile güneş hücresi verimliliği sağlanarak o döneme ait dünya rekoru elde edildi.[5] Bu, polikristal fotovoltaik veya ince film güneş hücresi için standart % 37,0 değerinin üzerindedir.[6]

Enerji dönüşüm verimliliğini etkileyen faktörler

Enerji dönüşüm verimliliğini etkileyen faktörler, 1961'de William Shockley ve Hans Queisser tarafından bir dönüm noktası niteliğindeki makalede açıklanmıştır [7] Daha fazla ayrıntı için Shockley – Queisser sınırı konusuna bakınız.

Termodinamik verimlilik sınırı ve sonsuz yığın sınırı

273 Kelvin'de yoğunlaştırılmamış güneş ışığı altında tek bağlantılı bir güneş hücresinin verimliliği için Shockley – Queisser sınırı . Bu hesaplanan eğri, gerçek güneş spektrum verilerini kullanır ve bu nedenle eğri, atmosferdeki IR soğurma bantlarından kıvrımlıdır. Bu ~% 34'lük verimlilik sınırı, çok bağlantılı güneş hücreleri tarafından aşılabilir.

Ts sıcaklıklarında bir ısı kaynağı ve Tc sıcaklığında daha soğuk soğutucu varsa, elde edilen işin (veya elektrik gücünün) sağlanan ısıya oranı için teorik olarak mümkün olan maksimum değer, Carnot ısı motoru tarafından verilen 1-Tc / Ts'dir. Güneşin sıcaklığı için 6000 K, yeryüzündeki ortam koşulları için 300 K alırsak bu değer % 95'e gelir. 1981, Alexis de Vos ve Herman Pauwels, bunun sonsuzdan sıfıra değişen bant boşlukları, bu hücrenin bant aralığının % 95'ine eşit olan sonsuz sayıda hücre (gelen fotonların karşılaştığı ilk hücreler-her hücrede açık devre voltajına çok yakın bir voltaj ile) yığınıyla ve 6000 K kara cisim radyasyonunun her yönden gelmesiyle elde edilebileceğini gösterdi. Bununla birlikte, bu şekilde elde edilen % 95 verimlilik, elektrik gücünün emilen net ışık miktarının % 95'i olduğu anlamına gelir - yığın, sıfır olmayan bir sıcaklığa sahip olduğu için radyasyon yayar ve bu radyasyon değeri, aktarılan ısı miktarı ve verimlilik hesaplanırken gelen radyasyondan çıkarılmalıdır. Ayrıca 6000K kara cisim ışımasıyla (radyasyonuyla) her yönden aydınlatılan bir yığının güç çıkışını en üst düzeye çıkarma sorununu daha alakalı olarak değerlendirdiler. Bu durumda, voltajlar bant aralığının% 95'inin altına düşürülmelidir (yüzde tüm hücrelerde sabit değildir). Hesaplanan maksimum teorik verimlilik, gelen yoğun güneş ışığı radyasyonu kullanılarak sonsuz sayıda hücre yığını için % 86,8'dir.[8] Gelen radyasyon yalnızca gökyüzünün güneşin büyüklüğündeki bir bölgesinden geldiğinde, verimlilik sınırı% 68,7'ye düşer.[9]

Üst düzey verimlilik

Normal fotovoltaik sistemler ancak bir p – n bağlantısına sahiptir ve bu nedenle Shockley ve Queisser tarafından "nihai verimlilik" olarak adlandırılan daha düşük bir verimlilik sınırına tabidir. Emici malzemenin bant aralığının altında bir enerjiye sahip olan fotonlar, bir elektron deliği çifti oluşturamazlar, bu nedenle, enerjileri yararlı çıktıya dönüştürülmez ve yalnızca absorbe edilirse ısı üretir. Bant aralığı enerjisinin üzerinde bir enerjiye sahip fotonlar için, bant aralığının üzerindeki enerjinin yalnızca bir kısmı faydalı çıktıya dönüştürülebilir. Daha büyük enerjiye sahip bir foton absorbe edildiğinde, bant aralığının üzerindeki fazla enerji, taşıyıcı kombinasyonunun kinetik enerjisine dönüştürülür. Taşıyıcıların kinetik enerjisi denge hızına yavaşladıkça, fazla kinetik enerji fonon etkileşimleri yoluyla ısıya dönüştürülür. Güneş spektrumu için optimum bant aralığına sahip geleneksel tek bağlantılı (single-junction) hücreler , Shockley – Queisser limiti olan% 33.16'lık bir maksimum teorik verime sahiptir.[10]

Çok bantlı boşluk emici malzemelere sahip güneş hücreleri, güneş spektrumunu, her bir bölme için termodinamik verimlilik sınırının daha yüksek olduğu daha küçük bölmelere bölerek verimliliği artırır.[11]

Kuantum verimliliği

Yukarıda açıklandığı gibi, bir foton bir güneş hücresi tarafından absorbe edildiğinde bir elektron deliği çifti üretebilir. Bozonlardan (taşıyıcı) biri biri p-n bağlantısına ulaşabilir ve güneş hücresi tarafından üretilen akıma katkıda bulunabilir; böyle bir taşıyıcının collected[12] olduğu söylenebilir. Veya taşıyıcılar, hücre akımına hiçbir net katkı olmaksızın yeniden rekombine olurlar.

Kuantum verimliliği, hücre kısa devre koşulları altında çalıştırıldığında elektrik akımına (collected carriers) dönüştürülen fotonların yüzdesini ifade eder. Bir silisyum güneş hücresinin "harici" kuantum verimliliği, iletim ve yansıma gibi optik kayıpların etkisini içerir.

Özellikle bu kayıpları azaltmak için bazı önlemler alınabilir. Toplam gelen enerjinin % 10'unu oluşturabilen yansıma kayıpları, ortalama ışık yolunu modifiye eden bir ışık yakalama yöntemi olan tekstüre etme (dokulama) adı verilen bir teknik kullanılarak önemli ölçüde azaltılabilir.[13]

Kuantum verimliliği, en kullanışlı şekilde spektral bir ölçüm olarak ifade edilir (yani, foton dalga boyu veya enerjinin bir fonksiyonu olarak). Bazı dalga boyları diğerlerinden daha etkili bir şekilde absorbe edildiğinden, kuantum verimliliğinin spektral ölçümleri, yarı iletken yığın ve yüzeylerin kalitesi hakkında değerli bilgiler verebilir. Tek başına kuantum verimliliği, güneş hücresi tarafından dönüştürülen gücün fraksiyonu hakkında bilgi vermediğinden, genel enerji dönüştürme verimliliği ile aynı şey değildir.

Maksimum güç noktası (MPP)

Toz genellikle güneş modüllerinin camında birikir - bu negatif görüntüde siyah noktalar olarak vurgulanır - bu da güneş hücrelerine giren ışık miktarını azaltır.

Bir güneş hücresi, çok çeşitli voltajlar (V) ve akımlar (I) üzerinde çalışabilir. Işınlanmış bir hücre üzerindeki direnç yükünü sürekli olarak sıfırdan (kısa devre) çok yüksek bir değere (açık devre) artırarak, maksimum güç noktası, V × I'i maksimize eden nokta belirlenebilir; yani hücrenin o ışınımlama (irraditation) seviyesinde maksimum elektrik gücü sağlayabileceği yük. (Çıkış gücü hem kısa devrede hem de aşırı açık devrede sıfırdır).

Bir güneş hücresinin maksimum güç noktası, içsel sıcaklığından etkilenir. Belirli bir güneş hücresinin teknik verilerinin bilinmesi, belirli bir sıcaklıktaki güç çıkışı ile elde edilebilir. P ( T ) = P S T C + d P d T ( T c e l l − T S T C ) {\displaystyle P(T)=P_{STC}+{\frac {dP}{dT}}(T_{cell}-T_{STC})} , burada P S T C {\displaystyle P_{STC}} standart test koşulunda üretilen güçtür; T c e l l {\displaystyle T_{cell}} güneş hücresinin gerçek sıcaklığıdır.

25 °C hücre sıcaklığında yüksek kaliteli, tek kristalli silikon güneş hücresi, 0,60 V açık devre (VOC) üretebilir. Hücre sıcaklığıi tam güneş ışığında, 25 °C hava sıcaklığında bile muhtemelen 45 °C'ye yakın olacak ve açık devre voltajı hücre başına 0,55 V'a kadar düşürecektir. Kısa devre akımına (ISC) yaklaşılana kadar, bu tür bir hücrede voltaj mütevazı bir şekilde düşer. Maksimum güç (45 °C hücre sıcaklığında) tipik olarak açık devre voltajının % 75 ila% 80'i (bu durumda 0,43 V) ve kısa devre akımının% 90'ı ile üretilir. Bu çıktı, VOC x ISC çarpımının% 70'ine kadar olabilir. Bir hücreden gelen kısa devre akımı (ISC) aydınlatma ile neredeyse orantılıyken, açık devre voltajı (VOC) aydınlatmada % 80 düşüşle yalnızca % 10 düşebilir. Düşük kaliteli hücreler, artan akımla daha hızlı bir voltaj düşüşüne sahiptir ve 1/2 ISC'de yalnızca 1/2 VOC üretebilir. Dolayısıyla kullanılabilir güç çıkışı, V OC x I SC çarpımı sonucunun % 70'inden % 50'ye veya hatta % 25'e kadar düşebilir. Yük eğrileri vermeden güneş hücresi "gücünü" yalnızca VOC x I SC olarak derecelendiren üreticiler, gerçek performanslarını ciddi şekilde bozabilir.

Bir fotovoltaik cihazın maksimum güç noktası, gelen aydınlatmaya göre değişir. Örneğin, fotovoltaik paneller üzerinde biriken toz, maksimum güç noktasını azaltır.[14] Ekstra masrafı karşılayacak kadar büyük sistemler için, bir maksimum güç noktası izleyici, voltajı ve akımı (ve dolayısıyla güç aktarımını) sürekli olarak ölçerek anlık gücü izler ve bu bilgiyi, aydınlatmadaki değişiklikten bağımsız olarak, yükü dinamik olarak ayarlamak için kullanır, böylece maksimum güç her zaman aktarılır.

Doldurma faktörü

Bir güneş hücresinin genel davranışındaki diğer bir tanımlayıcı terim, doldurma faktörüdür (FF). Bu faktör, bir güneş hücresinin kalitesinin bir ölçüsüdür. Bu faktör; açık devre gerilimi (V OC) ve kısa devre akımı (I SC) bölünmesiyle elde edilen maksimum güç noktası (P m) de güçtür:

F F = P m V O C × I S C = η × A c × G V O C × I S C . {\displaystyle FF={\frac {P_{m}}{V_{OC}\times I_{SC}}}={\frac {\eta \times A_{c}\times G}{V_{OC}\times I_{SC}}}.}

Doldurma faktörü, farklı dikdörtgen alanların oranı olan IV taramasıyla grafiksel olarak gösterilebilir.[15]

Doldurma faktörü, hücre serisinin değerlerinden, şönt dirençlerinden ve diyot kayıplarından doğrudan etkilenir. Şönt direncinin (Rsh) arttırılması ve seri direncin (Rs) azaltılması, daha yüksek bir doldurma faktörüne yol açar, böylece daha fazla verimlilik sağlar ve hücrenin çıkış gücünü teorik olarak maksimum değerine yaklaştırır.[16]

Tipik doldurma faktörleri %50 ile %82 arasındadır. Normal bir silisyum FV hücresi için doldurma faktörü %80'dir.

Karşılaştırma

Enerji dönüşüm verimliliği, elektrik çıktısının gelen ışık gücüne bölünmesiyle ölçülür. Çıktıyı etkileyen faktörler arasında spektral dağılım, gücün uzamsal dağılımı, sıcaklık ve dirençli yük bulunur. IEC standardı 61215, hücrelerin performansını karşılaştırmak için kullanılır ve standart (karasal, ılıman) sıcaklık ve koşullar (STC) etrafında tasarlanmıştır: ışık şiddeti 1 kW / m 2 1,5 AM (hava kütlesi ) yoluyla güneş radyasyonuna yakın bir spektral dağılım ve hücre sıcaklığı 25 °C esas alınır. Dirençli yük, pik veya maksimum güç noktası (MPP) elde edilene kadar değiştirilir. Bu noktadaki güç Watt-pik (Wp) olarak kaydedilir. FV modüllerinin gücünü ve verimliliğini ölçmek için de yine aynı standart kullanılır.

Hava kütlesi enerji çıktısını etkiler. Atmosferin olmadığı uzayda, güneşin ışık spektrumu nispeten filtrelenmez. Bununla birlikte, yeryüzünde hava, gelen ışığı filtreler ve güneş spektrumunu değiştirir. Filtreleme etkisi, uzayda Hava Kütlesi 0 (AM 0) ile Dünya üzerindeki yaklaşık Hava Kütlesi 1,5 arasında değişir. Spektral farklılıkların, söz konusu güneş hücresinin kuantum verimliliği ile çarpılması, verimliliği sağlar. Karasal verimlilikler tipik olarak uzay verimliliğinden daha fazladır. Örneğin, uzaydaki bir silisyum güneş hücresi, AM0'da % 14, yeryüzünde AM1,5'te % 16'lık bir verime sahip olabilir. Bununla birlikte, uzayda gelen fotonların sayısının önemli ölçüde daha fazla olduğunun altı çizilmelidir, bu nedenle güneş hücresi, yakalanan toplam gelen enerjinin azaltılmış yüzdesi ile yukarıda gösterilen daha düşük verime rağmen, uzayda önemli ölçüde daha fazla güç üretebilir.

Güneş hücresi verimliliği, amorf silisyum bazlı güneş hücreleri için % 6'dan çok bağlantılı üretim hücrelerinde % 44.0'a ve hibrit pakete monte edilmiş çoklu kalıplarda % 44.4'e kadar değişmektedir.[17][18] Ticari olarak temin edilebilen çok kristalli Si güneş hücreleri için güneş hücresi enerji dönüştürme verimlilikleri yaklaşık % 14-19'dur.[19] En yüksek verimli hücreler her zaman en ekonomik olanlar olmamıştır - örneğin, düşük hacimde üretilen galyum arsenid veya indiyum selenid gibi egzotik materyallere dayalı % 30 verimli çok bağlantılı bir hücre, % 8 verimli amorf silisyumdan yüz kat daha pahalı olabilir.

Ancak, güneş enerjisini "artırmanın" bir yolu var. Işık yoğunluğunun artırılmasıyla, tipik olarak fotojenere edilmiş taşıyıcılar artırılarak verimliliği % 15'e kadar artırır. " yoğunlaştırıcı sistemler " adı verilen bu sistemler, yalnızca yüksek verimli GaAs hücrelerinin geliştirilmesinin bir sonucu olarak maliyet açısından rekabetçi hale gelmeye başlamıştır. Yoğunluktaki artış tipik olarak konsantre optikler (lens, mercek vb.) kullanılarak gerçekleştirilir. Tipik bir yoğunlaştırıcı sistemi, güneşin 6–400 katı bir ışık yoğunluğu oluşturabilir ve bir güneş (1-Sun) GaAs hücresinin verimliliğini AM'de 1,5^de % 31'den %35'e çıkarabilir.

Ekonomik maliyetleri ifade etmek için kullanılan yaygın bir yöntem, ortaya çıkan kilovat-saat (kWh) başına bir fiyat hesaplamaktır. Güneş hücresi verimliliği, mevcut ışınımlama ile kombinasyon halinde maliyetler üzerinde büyük bir etkiye sahiptir, ancak genel olarak konuşursak, genel sistem verimliliği önemlidir. Ticari olarak temin edilebilen güneş hücreleri (2021 itibarıyla),% 20 ile 22 arasında sistem verimliliklerine ulaşmıştır.[20]

Katkısız (Dopinglenmemiş) kristal silisyum cihazlar, % 29.43'lük teorik sınır verimliliğine yaklaşmaya başlamıştır.[21] 2017 yılında, hücrenin arkasına hem pozitif hem de negatif temasları yerleştiren amorf silisyum / kristal silisyum hetero bağlantılı hücrede% 26,63 verimlilik elde edilmiştir.[22][23]

Enerji Geri Ödemesi

Enerji geri ödeme süresi, modern bir fotovoltaik güneş paneli üretmek için harcanan enerjiyi üretmek için gereken geri kazanım süresi olarak tanımlanır. 2008 yılında, modül türüne ve konumuna bağlı olarak 1 ila 4 yıl arasında olacağı tahmin ediliyordu.[24][25] 20 ila 30 yıllık standart bir ömürle bu durum, modern güneş hücrelerinin net enerji üreticisi olacağı, yani yaşamları boyunca onları üretirken harcanan enerjiden daha fazla enerji üretecekleri anlamına gelmektedir.[26][27] Genel olarak, ince film teknolojileri - nispeten düşük dönüştürme verimliliklerine sahip olmalarına rağmen - geleneksel sistemlere göre önemli ölçüde daha kısa enerji geri ödeme süreleri sağlar (genellikle <1 yıl).[28]

2013 yılında mevcut literatürde yayınlanan bir çalışma, enerji geri ödeme sürelerinin ince film hücrelerinde 0.75 ile 3.5 yıl ve çoklu si hücrelerinde 1.5-2.6 yıllık geri ödeme süresine sahip bulunduğunu ortaya koymuştur.[29] 2015 yılında yapılan bir inceleme, güneş fotovoltaiklerinin enerji geri ödeme süresini ve EROI'sini değerlendirmiştir. 1700 kWh / m2 / yıl güneşlenme ve 30 yıllık bir sistem ömrü kullanan bu meta çalışmada, 8,7 ile 34,2 arasında ortalama uyumlaştırılmış EROI'ler bulunmuştur. Ortalama uyumlaştırılmış enerji geri ödeme süresi 1,0 ile 4,1 yıl arasında değişmiştir.[30] Kristal silisyum cihazlar, ortalama olarak 2 yıllık bir enerji geri ödeme süresine ulaşmaktadırlar.[24][31]

Diğer teknolojiler gibi, güneş hücresi üretimi de karmaşık bir küresel endüstriyel üretim sisteminin varlığına bağlıdır. Bu, tipik olarak üretim enerjisi tahminlerinde hesaba katılan fabrikasyon sistemlerini içerir; koşullu madencilik, arıtma ve küresel ulaşım sistemleri; finans, bilgi ve güvenlik sistemleri dahil olmak üzere diğer enerji yoğun destek sistemleri. Bu tür enerji yükünü ölçmedeki zorluk, geri ödeme sürelerinin herhangi bir tahmininde bazı belirsizlikler yaratır.[32]

Verimliliği artırmanın teknik yöntemleri

Optimum şeffaf iletkeni seçme

Bazı güneş pillerinin aydınlatılmış tarafı, ince filmler, ışığın aktif malzemeye girmesine ve üretilen yük taşıyıcılarını toplamasına izin vermek için şeffaf bir iletken filme sahiptir. Tipik olarak, indiyum kalay oksit, iletken polimerler veya iletken nanotel ağları gibi yüksek geçirgenliğe ve yüksek elektrik iletkenliğine sahip filmler bu amaçla kullanılır. Yüksek geçirgenlik ve elektrik iletkenliği arasında bir denge vardır, bu nedenle yüksek verimlilik için iletken nanotellerin veya iletken ağ yapısının optimum yoğunluğu seçilmelidir [3]

Görünür spektrumda ışık dağılımını teşvik etmek

Hücrenin ışık alan yüzeyini nano boyutlu metal dikmelerle kaplamak, hücre verimliliğini önemli ölçüde artırabilir. Işık, hücreye eğik bir açıyla bu dikmelerden yansır ve hücre içindeki ışık yolunun uzunluğunu artırır. Bu, hücre tarafından emilen fotonların sayısını ve üretilen akım miktarını artırır.[33]

Nano çiviler (dikmeler) için kullanılan ana malzemeler gümüş, altın ve alüminyumdur . Altın ve gümüş, güneş ışığında bulunan enerjinin çoğunu içeren ve hücreye ulaşan ışık miktarını azaltan görünür spektrumdaki ışığın çoğunu emdikleri için çok verimli değildir.[33] Alüminyum yalnızca ultraviyole radyasyonu emer ve hem görünür hem de kızılötesi ışığı yansıtır, böylece enerji kaybı en aza indirilir. Alüminyum, hücre verimini% 22'ye kadar artırabilir (laboratuvar koşullarında).[34]

Radyatif soğutma

Güneş hücresi sıcaklığında yaklaşık 1'lik bir artış °C, yaklaşık% 0,45'lik bir verimlilik düşüşüne neden olur. Bunu önlemek için güneş panellerine şeffaf bir silika kristal katman uygulanabilir. Silika tabakası, uzaya Kızılötesi radyasyon olarak ısı yayan ve hücreyi 13 °C'ye kadar soğutan termal bir siyah cisim görevi görür.[35]

Yansıma önleyici Kaplamalar ve dokular

Yansımayı önleyen kaplamalar, güneşten gelen ışık dalgalarının daha yıkıcı müdahalesine neden olabilir.[36] Bu nedenle, tüm güneş ışığı fotovoltaike aktarılacaktır. Yansıyan ışığın tekrar yüzeye çarpması için bir güneş hücresinin yüzeyinin değiştirildiği tekstüre etme, yansımayı azaltmak için kullanılan başka bir tekniktir. Bu yüzeyler aşındırma veya litografi kullanılarak oluşturulabilir. Ön yüzeyin dokulandırılmasına ek olarak düz bir arka yüzeyin eklenmesi, ışığın hücre içinde hapsolmasına yardımcı olarak daha uzun bir optik yol sağlar.

Arka yüzey pasivasyonu

Yüzey pasivasyonu, güneş hücresi verimliliği için kritiktir.[37] Seri üretilen güneş hücrelerinin ön tarafında birçok iyileştirme yapılmasın rağmen, ancak alüminyum arka yüzey verimlilik iyileştirmelerini engellemektedir.[38] Birçok güneş hücresinin verimliliği, pasifleştirilmiş emitör ve arka hücreler (PERC'ler) yaratarak fayda sağlamıştır. Yine bir silikon nitrür filmle kaplı ince bir silika veya alüminyum oksit filmden yapılmış bir arka yüzey dielektrik pasifleştirme tabakası istifinin kimyasal biriktirilmesi, silisyum güneş hücrelerinde verimliliği artırmaya yardımcı olur. Bu durum, ticari Cz-Si yonga plakası (wafer) malzemesi için hücre verimliliğini 2010'ların ortalarında % 17'nin biraz üzerinde bir seviyeden % 21'in üzerine çıkarmaya [39] ve yarı-mono-Si için hücre verimliliğini % 19.9'a rekor bir seviyeye çıkarmaya yardımcı olmuştur.

Silisyum güneş hücreleri için arka yüzey pasivasyonu kavramları, CIGS güneş hücreleri için de uygulanmıştır.[40] Arka yüzey pasivasyonu, verimliliği artırma potansiyelini gösterir. Pasivasyon malzemeleri olarak Al 2 O 3 ve SiO 2 kullanılmıştır. Al 2 O 3 katmanındaki [41] nano boyutlu nokta kontakları ve SiO2 katmanındaki [42] hat kontakları, CIGS emicinin arka elektrot Molibden'e elektriksel bağlantısını sağlar. Al 2 O 3 katmanındaki nokta kontakları, e-beam litografi ile oluşturulur ve SiO 2 katmanındaki çizgi kontakları fotolitografi kullanılarak oluşturulur. Ayrıca, pasivasyon katmanlarının uygulanması CIGS katmanlarının morfolojisini değiştirmez.

İnce film malzemeleri

İnce film malzemeleri, düşük maliyetler ve teknolojideki mevcut yapılara ve çerçevelere uyarlanabilirlik açısından güneş hücreleri için çok fazla umut vadediyor.[43] Malzemeler çok ince olduğundan, dökme malzeme güneş hücrelerinin optik emiliminden yoksundurlar. Bunu düzeltme girişimleri denenmektedir, daha da önemlisi ince film yüzey rekombinasyonudur. Bu, nano ölçekli ince film güneş hücrelerinin baskın rekombinasyon süreci olduğundan, verimlilikleri için çok önemlidir. Pasifleştirici ince bir silikon dioksit tabakası eklemek, rekombinasyonu azaltabilir.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ a b Billy Roberts (20 Ekim 2008). "Photovoltaic Solar Resource of the United States". National Renewable Energy Laboratory. 28 Mayıs 2010 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Nisan 2017. 
  2. ^ David J. C. MacKay. "Sustainable Energy - without the hot air". inference.org.uk. 24 Eylül 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Kasım 2017. Solar photovoltaics: data from a 25-m2 array in Cambridgeshire in 2006 
  3. ^ a b c Kumar (3 Ocak 2017). "Predicting efficiency of solar cells based on transparent conducting electrodes". Journal of Applied Physics. 121 (1): 014502. doi:10.1063/1.4973117. ISSN 0021-8979. 
  4. ^ "Photovoltaic Cell Conversion Efficiency Basics". U.S. Department of Energy. 11 Kasım 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Eylül 2014. 
  5. ^ Geisz (March 2018). "Building a Six-Junction Inverted Metamorphic Concentrator Solar Cell". IEEE Journal of Photovoltaics. 8 (2): 626-632. doi:10.1109/JPHOTOV.2017.2778567. ISSN 2156-3403. 
  6. ^ "A new solar technology could be the next big boost for renewable energy". 27 Aralık 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  7. ^ Shockley William (1961). "Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells". Journal of Applied Physics. 32 (3): 510-519. doi:10.1063/1.1736034. 23 Şubat 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  8. ^ De Vos (1980). "Detailed balance limit of the efficiency of tandem solar cells". Journal of Physics D: Applied Physics. 13 (5): 839-846. doi:10.1088/0022-3727/13/5/018. 
  9. ^ A. De Vos (1981). "On the Thermodynamic Limit of Photovoltaic Energy Conversion". Appl. Phys. 25 (2): 119-125. doi:10.1007/BF00901283. 
  10. ^ Rühle (8 Şubat 2016). "Tabulated Values of the Shockley–Queisser Limit for Single Junction Solar Cells". Solar Energy (İngilizce). 130: 139-147. doi:10.1016/j.solener.2016.02.015. 
  11. ^ Cheng-Hsiao Wu (1983). "Limiting efficiencies for multiple energy-gap quantum devices". J. Appl. Phys. 54 (11): 6721. doi:10.1063/1.331859. 
  12. ^ "Collection Probability | PVEducation". www.pveducation.org. 18 Temmuz 2010 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Nisan 2021. 
  13. ^ Verlinden (March 1992). "The surface texturization of solar cells: A new method using V-grooves with controllable sidewall angles". Solar Energy Materials and Solar Cells. 26 (1–2): 71-78. doi:10.1016/0927-0248(92)90126-A. 
  14. ^ A. Molki (2010). "Dust affects solar-cell efficiency". Physics Education. 45 (5): 456-458. doi:10.1088/0031-9120/45/5/F03. 
  15. ^ "Part II – Photovoltaic Cell I-V Characterization Theory and LabVIEW Analysis Code". Part II – Photovoltaic Cell I-V Characterization Theory and LabVIEW Analysis Code - National Instruments, 10 May 2012, ni.com/white-paper/7230/en/.
  16. ^ The Physics of Solar Cells. Imperial College Press. 2003. ISBN 978-1-86094-340-9. 31 Aralık 2009 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Nisan 2021. 
  17. ^ "Solar Junction Breaks Its Own CPV Conversion Efficiency Record". 18 Aralık 2013. 30 Ocak 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Aralık 2013. 
  18. ^ "Solar Cell Efficiency World Record Set By Sharp — 44.4%". 28 Temmuz 2013. 16 Ağustos 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Temmuz 2013. 
  19. ^ "Silicon Solar Cells with Screen-Printed Front Side Metallization Exceeding 19% Efficiency". 12 Mart 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  20. ^ "Top 10 Solar Panels - Latest Technology 2021". CLEAN ENERGY REVIEWS (İngilizce). 11 Ocak 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Nisan 2021. 
  21. ^ A. Richter (October 2013). "Reassessment of the limiting efficiency for crystalline silicon solar cells". IEEE Journal of Photovoltaics. 3 (4): 1184-1191. doi:10.1109/JPHOTOV.2013.2270351. 
  22. ^ K. Yoshikawa (2017). "Silicon heterojunction solar cell with interdigitated back contacts for a photoconversion efficiency over 26%". Nature Energy. 2 (5): 17032. doi:10.1038/nenergy.2017.32. 
  23. ^ "New World Record Established for Conversion Efficiency in a Crystalline Silicon Solar Cell". 25 Ağustos 2017. 11 Eylül 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mart 2018. 
  24. ^ a b "What is the Energy Payback for PV?" (PDF). December 2004. 19 Şubat 2006 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Aralık 2008. 
  25. ^ M. Ito (2008). "A comparative study on cost and life-cycle analysis for 100 MW very large-scale PV (VLS-PV) systems in deserts using m-Si, a-Si, CdTe, and CIS modules". Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 16: 17-30. doi:10.1002/pip.770. 
  26. ^ "Net Energy Analysis For Sustainable Energy Production From Silicon Based Solar Cells" (PDF). 2 Nisan 2012 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Eylül 2011. 
  27. ^ Corkish (1997). "Can Solar Cells Ever Recapture the Energy Invested in their Manufacture?". Solar Progress. 18 (2): 16-17. 11 Haziran 2010 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Nisan 2021. 
  28. ^ K. L. Chopra (2004). "Thin-film solar cells: An overview Progress in Photovoltaics". Research and Applications. 12 (23): 69-92. doi:10.1002/pip.541. 
  29. ^ Peng (2013). "Review on lifecycle assessment of energy payback and greenhouse gas emission of solar photovoltaic systems". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 19: 255-274. doi:10.1016/j.rser.2012.11.035. 
  30. ^ Bhandari (2015). "Energy payback time (EPBT) and energy return on energy invested (EROI) of solar photovoltaic systems: A systematic review and meta-analysis". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 47: 133-141. doi:10.1016/j.rser.2015.02.057. 
  31. ^ "Highest silicon solar cell efficiency ever reached". ScienceDaily. 24 Ekim 2008. 25 Ekim 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 9 Aralık 2009. 
  32. ^ Trainer, FE (2007) "Renewable Energy Cannot Sustain a Consumer Society"
  33. ^ a b Mukunth (24 Ekim 2013). "Improving the efficiency of solar panels". The Hindu. 7 Ocak 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Ağustos 2016.  Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi: "Hindu Article" adı farklı içerikte birden fazla tanımlanmış (Bkz: Kaynak gösterme)
  34. ^ Hylton (7 Ekim 2013). "Loss mitigation in plasmonic solar cells: aluminium nanoparticles for broadband photocurrent enhancements in GaAs photodiodes". Scientific Reports. 3: 2874. doi:10.1038/srep02874. PMC 3791440 $2. PMID 24096686. 
  35. ^ Zhu (6 Ekim 2015). "Radiative cooling of solar absorbers using a visibly transparent photonic crystal thermal blackbody". Proceedings of the National Academy of Sciences (İngilizce). 112 (40): 12282-12287. doi:10.1073/pnas.1509453112. ISSN 0027-8424. PMC 4603484 $2. PMID 26392542. 
  36. ^ Gee, Justin. "How to Make Solar Panels More Efficient in 2018 | EnergySage". EnergySage Solar News Feed, EnergySage, 19 Sept. 2017, news.energysage.com/how-to-make-solar-panels-more-efficient/.
  37. ^ New Perspectives on Surface Passivation: Understanding the Si-Al2O3 Interface (PDF). Springer. 2016. ISBN 9783319325217. 4 Mart 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 25 Nisan 2021. 
  38. ^ "Rear-Surface Passivation Technology for Crystalline Silicon Solar Cells: A Versatile Process for Mass Production". Ieee, IEEE, 2012, www.osapublishing.org/DirectPDFAccess/F1E0036E-C63D-5F6F-EA52FF38B5D1786D_270075/oe-21-S6-A1065.pdf?da=1&id=270075&seq=0&mobile=no.
  39. ^ New Perspectives on Surface Passivation: Understanding the Si-Al2O3 Interface (PDF). Springer. 2016. ss. 1-2. ISBN 9783319325217. 4 Mart 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 25 Nisan 2021. 
  40. ^ Vermang (2014). "Employing Si solar cell technology to increase efficiency of ultra-thin Cu(In,Ga)Se2 solar cells". Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 22 (10): 1023-1029. doi:10.1002/pip.2527. PMC 4540152 $2. PMID 26300619. 
  41. ^ Bose (2019). "A morphological and electronic study of ultrathin rear passivated Cu(In,Ga) Se2 solar cells". Thin Solid Films. 671: 77-84. doi:10.1016/j.tsf.2018.12.028. 
  42. ^ Bose (2018). "Optical Lithography Patterning of SiO2 Layers for Interface Passivation of Thin Film Solar Cells". RRL Solar. 2 (12): 1800212. doi:10.1002/solr.201800212. 18 Ocak 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Nisan 2021. 
  43. ^ Da, Yun, and Yimin Xuan. "Role of Surface Recombination in Affecting the Efficiency of Nanostructured Thin-Film Solar Cells .” Osapublishing, 2013, www.osapublishing.org/DirectPDFAccess/F1E0036E-C63D-5F6F-EA52FF38B5D1786D_270075/oe-21-S6-A1065

Dış bağlantılar

  • g
  • t
  • d
Kavramlar
Teknoloji
Malzemeler
Tarihçe
  • Fotovoltaiklerin büyümesi
  • Güneş hücrelerinin zaman çizelgesi
Fotovoltaik
sistem
Güneş pili
Sistem bileşenleri
  • Güneş paneli
  • Sistem Dengesi
  • Solar şarj regülatörü
  • Güneş enerjisi invertörü
  • Güneş enerjisi mikro invertörü
  • Güneş enerji kablosu
  • Fotovoltaik kurulum sistemi
  • Maksimum güç noktası takipçisi
  • Güneş takip cihazı
  • Güneş çatı padavrası
  • Güneş aynası
  • Senkron çevirici
Sistem kavramları
  • Perturb ve gözlem yöntemi
  • Artımlı iletkenlik yöntemi
  • Sabit gerilim yöntemi
  • Doldurma faktörü
  • Yoğunlaştırıcı fotovoltaikler
  • Fotovoltaik termal hibrit güneş kollektörü
  • Uzay tabanlı güneş enerjisi
  • Güneş enerjisi sistem performansı
Uygulamalar
Cihazlar
  • Güneş enerjili buzdolabı
  • Güneş enerjisi kliması
  • Güneş lambası
  • Güneş enerjisi şarj cihazı
  • Güneş enerjisi sırt çantası
  • Güneş enerjisi ağacı
  • Güneş enerjili pompa
  • Güneş enerjili saat
  • Güneş enerjisi desteği
  • Güneş enerjili klavye
  • Güneş enerjili yol işareti
  • Güneş enerjili cep telefonu şarj cihazı
  • Güneş enerjili hesap makinesi
  • Güneş enerjili çeşme
  • Güneş enerjili radyo
  • Güneş enerjili el feneri
  • Güneş enerjili vantilatör
  • Güneş enerjili sokak lambası
  • Güneş enerjili trafik ışığı
Kara ulaşımı
Hava taşımacılığı
  • Elektrikli uçak
  • Mauro Solar Riser
  • Uzay gemisinde güneş panelleri
  • Solar-Powered Aircraft Developments Solar One
  • Gossamer Penguin
  • Qinetiq Zephyr
  • Solar Challenger
Su taşımacılığı
  • Elektrikli tekne
Üretim
sistemleri
Güneş enerji santrali
  • Şebeke bağlantılı fotovoltaik güç sistemi
  • Fotovoltaik enerji santralleri listesi
Binaya monte
  • Çatı üstü fotovoltaik güç istasyonu
  • Binaya bütünleşik fotovoltaikler
  • Solar Ark
  • Strasskirchen Solar Park
Ülkelere göre
  • Almanya
  • ABD
  • Avustralya
  • Belçika
  • Birleşik Krallık
  • Bulgaristan
  • Çek Cumhuriyeti
  • Çin Halk Cumhuriyeti
  • Fransa
  • Güney Afrika Cumhuriyeti
  • Hindistan
  • Hollanda
  • İspanya
  • İsviçre
  • İtalya
  • Japonya
  • Kanada
  • Romanya
  • Şili
  • Tayland
  • Türkiye
  • Yunanistan
Fotovoltaik şirketleri
Ülkelere göre
  • Fotovoltaik üretimine göre ülkeler listesi
Bireysel üreticiler
  • First Solar
  • Hanwha Q CELLS
  • JA Solar
  • Motech Solar
  • REC
  • Sharp
  • Solar Frontier
  • Solyndra
  • Sungen Solar
  • Sunpower
  • Suntech
  • Trina Solar
  • Yingli Solar
  • Kategori Kategori
  • Commons sayfası Commons