Sumber: www.energy.gov
Apabila cahaya bersinar pada sel fotovoltaik (PV) - juga dipanggil sel solar - cahaya itu boleh dicerminkan, diserap, atau melalui sel. Sel PV terdiri daripada bahan semikonduktor; "semi" bermaksud bahawa ia boleh menjalankan elektrik lebih baik daripada penebat tetapi tidak serta konduktor yang baik seperti logam. Terdapat beberapa bahan semikonduktor yang berbeza yang digunakan dalam sel PV.
Apabila semikonduktor terdedah kepada cahaya, ia menyerap tenaga cahaya dan memindahkannya ke zarah yang dikenakan negatif dalam bahan yang dipanggil elektron. Tenaga tambahan ini membolehkan elektron mengalir melalui bahan sebagai arus elektrik. Arus ini diekstrak melalui kenalan logam konduktif - garis seperti grid pada sel solar - dan kemudian boleh digunakan untuk kuasa rumah anda dan seluruh grid elektrik.
Kecekapan sel PV adalah semata-mata jumlah kuasa elektrik yang keluar dari sel berbanding tenaga dari cahaya bersinar di atasnya, yang menunjukkan betapa berkesan sel itu pada menukar tenaga dari satu bentuk kepada yang lain. Jumlah elektrik yang dihasilkan daripada sel PV bergantung kepada ciri-ciri (seperti keamatan dan panjang gelombang) cahaya yang tersedia dan pelbagai sifat prestasi sel.
Harta penting semikonduktor PV adalah bandgap, yang menunjukkan apa panjang gelombang cahaya bahan boleh menyerap dan menukar kepada tenaga elektrik. Jika bandgap semikonduktor sepadan dengan panjang gelombang cahaya bersinar pada sel PV, maka sel itu dapat menggunakan semua tenaga yang ada dengan cekap.
Ketahui lebih lanjut di bawah tentang bahan semikonduktor yang paling biasa digunakan untuk sel PV.
Silikon
Silikon adalah, setakat ini, bahan semikonduktor yang paling biasa digunakan dalam sel solar, mewakili kira-kira 95% modul yang dijual hari ini. Ia juga merupakan bahan kedua yang paling banyak di Bumi (selepas oksigen) dan semikonduktor yang paling biasa digunakan dalam cip komputer. Sel silikon kristal diperbuat daripada atom silikon yang disambungkan antara satu sama lain untuk membentuk kekisi kristal. Kekasih ini menyediakan struktur terancang yang menjadikan penukaran cahaya menjadi elektrik lebih cekap.
Sel solar yang diperbuat daripada silikon pada masa ini menyediakan gabungan kecekapan yang tinggi, kos rendah, dan jangka hayat yang panjang. Modul dijangka berlangsung selama 25 tahun atau lebih, masih menghasilkan lebih daripada 80% kuasa asal mereka selepas ini.
FOTOVOLTAIK FILEM NIPIS
Sel solar filem nipis dibuat dengan mendepositkan satu atau lebih lapisan nipis bahan PV pada bahan sokongan seperti kaca, plastik, atau logam. Terdapat dua jenis utama filem nipis PV semikonduktor di pasaran hari ini: kadmium telluride (CdTe) dan tembaga indium gallium diselenide (CIGS). Kedua-dua bahan boleh didepositkan terus ke bahagian depan atau belakang permukaan modul.
CdTe adalah bahan PV kedua paling biasa selepas silikon, dan sel CdTe boleh dibuat menggunakan proses pembuatan kos rendah. Walaupun ini menjadikan mereka alternatif kos efektif, kecekapan mereka masih tidak setinggi silikon. Sel CIGS mempunyai sifat optimum untuk bahan PV dan kecekapan yang tinggi di makmal, tetapi kerumitan yang terlibat dalam menggabungkan empat elemen menjadikan peralihan dari makmal ke pembuatan lebih mencabar. Kedua-dua CdTe dan CIGS memerlukan lebih banyak perlindungan daripada silikon untuk membolehkan operasi yang tahan lama di luar.
FOTOVOLTAIK PEROVSKITE
Sel solar Perovskite adalah sejenis sel filem nipis dan dinamakan sempena struktur kristal ciri mereka. Sel Perovskite dibina dengan lapisan bahan yang dicetak, disalut, atau didepositkan ke lapisan sokongan asas, dikenali sebagaisubstrat.Mereka biasanya mudah dipasang dan boleh mencapai kecekapan yang serupa dengan silikon kristal. Di makmal, kecekapan sel solar perovskite telah bertambah baik lebih cepat daripada mana-mana bahan PV lain, dari 3% pada tahun 2009 kepada lebih daripada 25% pada tahun 2020. Untuk berdaya maju secara komersial, sel-sel PV perovskite perlu menjadi cukup stabil untuk bertahan 20 tahun di luar rumah, jadi penyelidik sedang berusaha untuk menjadikan mereka lebih tahan lama dan membangunkan teknik pembuatan kos rendah yang besar.
FOTOVOLTAIK ORGANIK
PV organik, atau OPV, sel terdiri daripada sebatian kaya karbon (organik) dan boleh disesuaikan untuk meningkatkan fungsi tertentu sel PV, seperti bandgap, ketelusan, atau warna. Sel OPV pada masa ini hanya kira-kira separuh sebagai cekap sebagai sel silikon kristal dan mempunyai jangka hayat operasi yang lebih pendek, tetapi mungkin kurang mahal untuk dihasilkan dalam jumlah yang tinggi. Mereka juga boleh digunakan untuk pelbagai bahan sokongan, seperti plastik fleksibel, menjadikan OPV dapat melayani pelbagai kegunaan.
KUANTUM DOTS
Sel solar dot kuantum menjalankan elektrik melalui zarah kecil bahan semikonduktor yang berbeza hanya beberapa nanoeters lebar, yang dipanggil dot kuantum. Jkt kuantum menyediakan cara baru untuk memproses bahan semikonduktor, tetapi sukar untuk mewujudkan hubungan elektrik antara mereka, jadi mereka pada masa ini tidak begitu cekap. Walau bagaimanapun, mereka mudah dibuat ke dalam sel solar. Mereka boleh didepositkan ke substrat menggunakan kaedah spin-kot, semburan, atau pencetak roll-to-roll seperti yang digunakan untuk mencetak surat khabar.
Kuantum dot datang dalam pelbagai saiz dan bandgap mereka disesuaikan, membolehkan mereka mengumpul cahaya yang sukar untuk ditangkap dan dipasangkan dengan semikonduktor lain, seperti perovskites, untuk mengoptimumkan prestasi sel solar multijunksi (lebih banyak pada mereka di bawah).
FOTOVOLTAIK PELBAGAI LEJUNKSI
Satu lagi strategi untuk meningkatkan kecekapan sel PV lapisan beberapa semikonduktor untuk membuat sel solar pelbagai lebar. Sel-sel ini pada dasarnya timbunan bahan semikonduktor yang berbeza, berbanding dengan sel-sel persimpangan tunggal, yang hanya mempunyai satu semikonduktor. Setiap lapisan mempunyai bandgap yang berbeza, jadi mereka masing-masing menyerap bahagian yang berbeza daripada spektrum solar, membuat penggunaan cahaya matahari yang lebih besar daripada sel-sel persimpangan tunggal. Sel solar multijunksi boleh mencapai tahap kecekapan rekod kerana cahaya yang tidak diserap oleh lapisan semikonduktor pertama ditangkap oleh lapisan di bawahnya.
Walaupun semua sel solar dengan lebih daripada satu bandgap adalah sel solar multijunksi, sel solar dengan tepat dua bandgaps dipanggil sel solar seiring. Sel solar pelbagai fungsi yang menggabungkan semikonduktor dari lajur III dan V dalam jadual berkala dipanggil sel solar multijunksi III-V.
Sel solar multijunksi telah menunjukkan kecekapan yang lebih tinggi daripada 45%, tetapi mereka mahal dan sukar untuk dihasilkan, jadi mereka dikhaskan untuk penerokaan angkasa. Tentera menggunakan sel solar III-V dalam dron, dan penyelidik meneroka kegunaan lain untuk mereka di mana kecekapan yang tinggi adalah kunci.
FOTOVOLTAIK TUMPUAN
PV kepekatan, juga dikenali sebagai CPV, memberi tumpuan cahaya matahari kepada sel solar dengan menggunakan cermin atau kanta. Dengan memberi tumpuan cahaya matahari ke kawasan kecil, kurang bahan PV diperlukan. Bahan PV menjadi lebih cekap kerana cahaya menjadi lebih pekat, jadi kecekapan keseluruhan tertinggi diperolehi dengan sel dan modul CPV. Walau bagaimanapun, bahan-bahan yang lebih mahal, teknik pembuatan, dan keupayaan untuk mengesan pergerakan matahari diperlukan, jadi menunjukkan kelebihan kos yang diperlukan ke atas modul silikon kelantangan tinggi hari ini telah menjadi mencabar.
