อะมอร์ฟัสซิลิคอนคืออะไร? ทำไมตอนนี้จึงน่าสนใจ?

พวกเขาทำอย่างไร?

แผงซิลิกอนอสัณฐานเกิดขึ้นจากการทับถมของชั้นบางๆ ของวัสดุซิลิกอน - หนาประมาณ 1 ไมโครเมตร - บนพื้นผิววัสดุเช่นแก้วหรือโลหะ ซิลิกอนอสัณฐานยังสามารถสะสมที่อุณหภูมิต่ำมากได้ถึง 75 องศาเซลเซียส ซึ่งช่วยให้สามารถสะสมบนพลาสติกได้เช่นกัน

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด โครงสร้างเซลล์มีลำดับชั้นของพินเดียว อย่างไรก็ตาม เซลล์ชั้นเดียวได้รับผลกระทบจากพลังงานที่ลดลงอย่างมาก (ในช่วง 15-35%) เมื่อสัมผัสกับแสงแดด กลไกการย่อยสลายเรียกว่า Staebler-Wronski Effect หลังจากที่ค้นพบ

ความเสถียรที่ดีขึ้นต้องใช้ชั้นที่บางกว่าเพื่อเพิ่มความแรงของสนามไฟฟ้าในวัสดุ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จะช่วยลดการดูดกลืนแสง ดังนั้นประสิทธิภาพของเซลล์ สิ่งนี้ทำให้อุตสาหกรรมพัฒนาอุปกรณ์ควบคู่และแม้กระทั่งสามเลเยอร์ที่มีพินเซลล์ที่ซ้อนกันอยู่ด้านบนสุด

หนึ่งในผู้บุกเบิกการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้ซิลิคอนอสัณฐานคือ Uni-Solar พวกเขาใช้ระบบสามชั้น (ดูภาพประกอบด้านล่าง) ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อจับแสงจากสเปกตรัมแสงอาทิตย์เต็มรูปแบบ)

ดังที่คุณเห็นจากภาพประกอบ ความหนาของเซลล์แสงอาทิตย์คือ 1 ไมครอน หรือประมาณ 1/300 ของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดโมโนคริสตัลไลน์ซิลิคอน

ประสิทธิภาพ

ในขณะที่ผลึกซิลิกอนให้ผลผลิตประมาณ 18 เปอร์เซ็นต์ แต่ผลผลิตของเซลล์สุริยะอสัณฐานยังคงอยู่ที่ประมาณ 7 เปอร์เซ็นต์ อัตราประสิทธิภาพต่ำส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากผลกระทบของ Staebler-Wronski ซึ่งปรากฏในชั่วโมงแรกเมื่อแผงถูกแสงแดดส่อง และส่งผลให้ผลผลิตพลังงานของแผงซิลิคอนอสัณฐานลดลงจาก 10 เปอร์เซ็นต์เป็นประมาณ 7 เปอร์เซ็นต์ .

นักวิจัยชาวเยอรมันจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟต์ได้สาธิตวิธีการเพิ่มพลังงานของแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนอสัณฐานจากประมาณ 7 เปอร์เซ็นต์เป็น 9 เปอร์เซ็นต์ ในการวิจัยระดับปริญญาเอกของเขา Gijs van Elzakker ได้ตรวจสอบการดัดแปลงในกระบวนการผลิตของโมดูลซิลิคอนอสัณฐานเพื่อเพิ่มผลผลิตโดยไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมใดๆ โดยใช้ Silane Gas เพื่อลดผลกระทบของ Staebler-Wronski

นี่เป็นเพียงหนึ่งแนวทางที่พยายามทำในวันนี้ ประสิทธิภาพลามิเนตของ UniSolar อยู่ที่ 8.2%; อย่างไรก็ตาม ในช่วงปลายฤดูใบไม้ผลิปี 2011 บริษัทคาดว่าจะอยู่ที่ 10% โดยใช้เทคโนโลยีการเคลือบสามชั้น / ทางแยกสามทาง

การปรับปรุงด้านการดักแสง การสะสมอัตราสูง และเทคโนโลยี HybridNano นั้น Uni-Solar คาดว่าจะสามารถผลักดันประสิทธิภาพการแปลงเป็น 12% ภายในปี 2555 และเชื่อว่ามีศักยภาพที่จะถึง 20+% สำหรับสายผลิตภัณฑ์ .

ข้อดี

ข้อได้เปรียบหลักของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนอสัณฐานคือต้นทุนการผลิตที่ต่ำลง ซึ่งทำให้เซลล์เหล่านี้มีต้นทุนที่แข่งขันได้

ข้อได้เปรียบหลักของ a-Si เหนือผลึกซิลิกอนคือมีความสม่ำเสมอมากกว่าในพื้นที่ขนาดใหญ่ เนื่องจากซิลิคอนอสัณฐานเต็มไปด้วยข้อบกพร่องโดยธรรมชาติ ข้อบกพร่องอื่นๆ เช่น สิ่งเจือปน จึงไม่ส่งผลกระทบต่อลักษณะโดยรวมของวัสดุอย่างรุนแรงเกินไป

สามารถผลิตซิลิกอนแอมพอร์ฟอสได้ในหลากหลายรูปทรงและขนาด (เช่น กลม สี่เหลี่ยม หกเหลี่ยม หรือรูปทรงที่ซับซ้อนอื่น ๆ ทำให้เป็นเทคโนโลยีในอุดมคติสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น การจ่ายไฟให้กับเครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์ นาฬิกาข้อมือพลังงานแสงอาทิตย์ สวน ไฟ และอุปกรณ์แต่งรถ โซลาร์เซลล์ขนาดเล็กที่ใช้ในเครื่องคิดเลขพกพาใช้ a-Si มาหลายปีแล้ว

ต่างจากเซลล์สุริยะแบบผลึกที่เซลล์ถูกตัดออกจากกันและรวมตัวกันใหม่ เซลล์ซิลิคอนอสัณฐานสามารถเชื่อมต่อเป็นอนุกรมได้ในเวลาเดียวกันกับการสร้างเซลล์ ทำให้ง่ายต่อการสร้างแผงที่มีแรงดันไฟฟ้าหลากหลาย (เช่น สำหรับใช้ในโซลาร์เซลล์ เครื่องชาร์จแบตเตอรี่)

ดวงตาของมนุษย์มีความไวต่อแสงที่มีความยาวคลื่น 400 นาโนเมตรถึง 700 นาโนเมตร เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนอสัณฐานมีความไวต่อแสงโดยพื้นฐานแล้วมีความยาวคลื่นเท่ากัน ซึ่งหมายความว่านอกจากจะใช้เป็นเซลล์แสงอาทิตย์แล้ว ยังสามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดแสงได้อีกด้วย (เช่น ไฟเซ็นเซอร์ภายนอกอาคาร เป็นต้น)

แผงโซลาร์เซลล์อสัณฐานบางแผงยังมาพร้อมกับเทคโนโลยีป้องกันแสงเงาหรือวงจรหลายวงจรภายในเซลล์ เพื่อที่ว่าหากเซลล์ทั้งแถวอยู่ภายใต้การแรเงาอย่างสมบูรณ์ วงจรจะไม่แตกอย่างสมบูรณ์และยังสามารถรับเอาต์พุตบางส่วนได้ สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนเรือ

ขั้นตอนการพัฒนาแผงโซลาร์เซลล์ a-Si ยังทำให้แผงโซลาร์เซลล์อ่อนแอต่อการแตกหักระหว่างการขนส่งหรือการติดตั้งน้อยลงมาก ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงในการทำลายการลงทุนที่สำคัญของคุณในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

ข้อดีหลักอีกประการหนึ่งของเทคโนโลยีประเภทนี้คือทนต่อความร้อนได้ดีกว่า จากการศึกษาของ NREL เป็นเวลา 4 ปี พบว่าโมดูลซิลิคอน PV แบบอสัณฐานให้ผลลัพธ์ที่สูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ข้อเสีย

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ แผงเหล่านี้มีประสิทธิภาพต่ำกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบโมโนคริสตัลไลน์ หรือแม้แต่เซลล์แสงอาทิตย์แบบโพลีคริสตัลไลน์ ความพยายามที่จะเพิ่มประสิทธิภาพ เช่น การสร้างเซลล์หลายชั้นหรือการผสมเจอร์เมเนียมเพื่อลดช่องว่างแถบคาดและปรับปรุงการดูดกลืนแสงให้ดียิ่งขึ้น ล้วนแต่มีความซับซ้อนเพิ่มขึ้น กล่าวคือ กระบวนการมีความซับซ้อนมากขึ้นและผลผลิตของกระบวนการมีแนวโน้มที่จะลดลงและต้นทุนมีแนวโน้มที่จะสูงขึ้นตามไปด้วย ซึ่งจะช่วยลดข้อได้เปรียบด้านต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้

อายุขัยที่คาดหวังของเซลล์อสัณฐานจะสั้นกว่าอายุขัยของเซลล์ผลึก แม้ว่าระยะเวลาที่สั้นกว่านั้นยากที่จะระบุได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเทคโนโลยียังคงพัฒนาต่อไป จากการอ่านวรรณกรรม ดูเหมือนว่าอายุขัยยังอยู่ในลำดับที่ 25 ปีหรือมากกว่านั้น ตัวอย่างเช่น Uni-Solar เสนอการรับประกันประสิทธิภาพต่อไปนี้บนแผง 144 Wp: 92% ที่ 10 ปี, 84% ที่ 20 ปี , 80% ที่ 25 ปี (ของพลังงานขั้นต่ำ)

การพัฒนาที่น่าสนใจ: เทคโนโลยีไฮบริด

ซันโย ได้พัฒนาโซลาร์เซลล์แบบไฮบริดโดยการเคลือบอะมอร์ฟัสซิลิคอนบนโซลาร์เซลล์แบบโมโนคริสตัลไลน์ (ดูแผนภาพประกอบ) พวกเขาเรียกสิ่งนี้ว่า HIT Solar Cell และมีคะแนนประสิทธิภาพ 20.2%

จากการ วิจัยของ IMS ซันโยอยู่ในอันดับที่ 10 ในแง่ของ MW ของแผงโซลาร์เซลล์ที่ผลิตในไตรมาสแรกของปี 2010 เนื่องจากส่วนใหญ่มาจากความนิยมของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบไฮบริด

นอกจากคะแนนประสิทธิภาพสูงแล้ว เซลล์เหล่านี้ยังใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพสูงของซิลิคอนอสัณฐานที่อุณหภูมิสูงกว่า (สูงกว่า 25 องศาเซลเซียส) ซึ่งซันโยอ้างว่าเซลล์ผลิตไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นประมาณ 10% เมื่ออุณหภูมิสูงกว่าเซลล์ซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์ – ทำให้ควรพิจารณาหากคุณอยู่ในสถานที่ที่มีอุณหภูมิเกิน 25 องศาเซลเซียส (อุณหภูมิในการทำงานอยู่ในช่วง –20˚C ถึง 46˚C)

หมายเหตุ : ในขณะที่ผู้ผลิตแผงส่วนใหญ่ระบุว่าประสิทธิภาพของแผงจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ –5% / +5% … Sanyo รับประกันประสิทธิภาพ 100% (เช่น -0%/+10%) ณ เวลาที่จัดส่ง