سلول خورشیدی Heterojunction چیست؟

- Mar 14, 2020-

منبع: thesolarnerd.com


Front and back NBB SHJ solar cell


راندمان صفحه خورشیدی به میزان تبدیل نور پنل خورشیدی به برق اشاره دارد. هرچه راندمان بالاتر باشد ، انرژی بیشتری را در همان نور از پنل دریافت خواهید کرد. برای استقرار در پشت بام با فضای محدود ، این می تواند یک ویژگی بسیار مهم باشد.


در حالی که تولید کنندگان در حال یافتن راه هایی برای فشار بیشتر انرژی از همان میزان نور آفتاب هستند ، کارآیی سال ها به طور پیوسته صعود کرده است. اما با رسیدن به محدودیت هر فناوری ، دانشمندان و مهندسان برای یافتن راههای جدید برای رشد کارآیی ، باید به ترفندهای خود برسند.


یکی از جدیدترین فناوری هایی که راه ورود به بازار پانل های خورشیدی را پیدا می کند سلول های خورشیدی ناهمگن است. در حالی که پاناسونیک چند سالی است که با پنل های HIT خود این فناوری را داشته است ، اختراعات ثبت شده بر روی فناوری heterojunction در سال 2010 منقضی شده است ، و تولید کنندگان بیشتری شروع به استقرار آن در محصولات خود می کنند.


خورشیدی ناهمگن چیست


سلولهای خورشیدی Hetereojunction دو فناوری مختلف را در یک سلول ترکیب می کنند: یک سلول سیلیکونی بلوری که بین دو لایه سیلیکون "فیلم نازک" بی نظم قرار گرفته است. این فناوری ها در کنار هم استفاده می شوند و باعث می شوند در مقایسه با استفاده از هر یک از فناوری ، انرژی بیشتری حاصل شود.


متداول ترین نوع پانل های خورشیدی با سیلیکون کریستالی ساخته می شوند - یا تک رنگ یا چند کریستالی. بلورهای سیلیکون به بلوک های بزرگ شده و سپس به شکل ورقه های نازک و اغلب با استفاده از اره سیم الماس برش داده می شوند تا سلولهای جداگانه تشکیل شوند.


نوع کمتری از سلول فتوولتائیک فیلم نازک است که با انواع مختلفی از مواد ساخته می شود که یکی از آنها سیلیکون آمورف است. بر خلاف سیلیکون کریستالی ، سیلیکون آمورف ساختار کریستالی منظم ندارد. در عوض ، اتمهای سیلیکون به طور تصادفی سفارش داده می شوند. برای تولید ، این بدان معنی است که سیلیکون آمورف را می توان روی یک سطح قرار داد - فرآیندی ساده تر و ارزان تر از رشد و برش بلورهای سیلیکونی.


به خودی خود ، سیلیکون آمورف در تبدیل نور خورشید به برق کارآمدتر است. با این حال ، این مزیت از تولید کم هزینه تر است. این هزینه پایین و انعطاف پذیری در نوع موادی که سیلیکون آمورف روی آن ها قرار می گیرد ، از مزایای مهم این دو است.


با داشتن سلولهای خورشیدی با عملکرد ناهمگن ، یک ویفر سیلیکونی کریستالی معمولی دارای سیلیکون آمورف است که در سطوح جلوی و پشت آن قرار دارد. این منجر به دو لایه خورشیدی فیلم نازک می شود که فوتونهای اضافی را جذب می کند که در غیر این صورت با ویفر سیلیکونی بلوری میانی اسیر نمی شوند.


نمودار یک سلول عملکردی


SHJ silicon heterojunction solar cell


چگونگی عملکرد سلولهای خورشیدی با بهره وری باعث افزایش راندمان می شود


یک سلول خورشیدی از یک ماده نازک ساخته شده است که بخشی از نور خورشید را جذب می کند که به آن برخورد می کند. البته کاملاً مات نیست. بعضی از نورهای خورشید درست از درون سلول عبور کرده و برخی نیز سطح آن را گزاف گویی می کنند.


فن آوری خورشیدی Heterojunction با ساخت پانل خورشیدی از سه لایه مختلف مواد فتوولتائیک از این مزیت استفاده می کند. لایه میانی سیلیکون تک هسته ای بیشتر کار تبدیل نور خورشید به برق را انجام می دهد.


یک لایه بالایی از سیلیکون نازک آمورف آمورف وجود دارد که مقداری از نور خورشید را قبل از برخورد به لایه کریستالی ضبط می کند ، و همچنین مقداری از نور خورشید را که از لایه های زیر منعکس می شود ، می گیرد. بسیار نازک است ، بنابراین مقدار زیادی از نور خورشید از آن عبور می کند. اما حتی با این وجود ، به اندازه کافی الکتریسیته اضافی نیز تولید می کند تا هزینه اضافی را ارزش افزوده کند.


در قسمت پشتی سیلیکون کریستالی یکی دیگر از لایه های فیلم نازک است. این نور خورشید را که از دو لایه اول عبور می کند ، ضبط می کند. اگر این تابلو از شیشه ای شیشه ای و دارای یک پانل عقب شفاف باشد ، این لایه فیلم نازک عقب به دلیل تابش نور خورشید که خارج از سطح زمین منعکس می شود ، مقدار قابل توجهی از الکتریسیته را اضافه می کند.


با ساخت تابلو از ساندویچ سه لایه مختلف فتوولتائیک ، یک صفحه خورشیدی با عملکرد ناهمگن می تواند به بازده 21٪ یا بالاتر برسد. این قابل مقایسه با پنل هایی است که از فن آوری های مختلفی برای دستیابی به کارایی بالا استفاده می کنند.


مزایای استفاده از خورشیدی heterojunction


مهمترین مزیت سلولهای خورشیدی با عملکرد ناهمگن نسبت به سلولهای معمولی کریستالی سیلیکون عبارتند از:

راندمان بالاتر

هزینه بالقوه کمتری در مقایسه با فن آوری های دیگر استفاده شده برای بهبود عملکرد ، مانند PERC

ضریب دمای پایین (بهبود عملکرد در دمای بالا)


بهره وری از پانل های heterojunction که در حال حاضر در بازار هستند از 19.9٪ تا 21.7٪ با جدیدترین پانل های HJT از REC Solar متغیر است. در حالی که این بالاترین قیمت در بازار نیست - قهرمان فعلی سلولهای Maxeon ارائه شده توسط SunPower هستند که به راندمان 22.7٪ می رسند - این یک پیشرفت قابل توجه نسبت به سلولهای معمولی monocrystaline است.


علاوه بر این ، فن آوری های دیگری که تولید کنندگان برای دستیابی به راندمان بسیار بالا مورد استفاده قرار می دهند می توانند پرهزینه تر باشند. به عنوان مثال ، سلول های Maxeon SunPower از یک بلوک ضخیم از مس در پشت هر سلول استفاده می کنند. اگرچه این روش به سلولهای ماكسون كمك می كند تا كارآمدترین سلولهای موجود در بازار باشند ، اما استفاده از این مس بسیار ارزان نیست.


در مقایسه ، سیلیکون آمورف یک فناوری نسبتاً ارزان است. اگرچه این نوع خورشیدی فیلم نازک تقریباً به اندازه سیلیکون بلورین کارآمد نیست ، اما از تولید نسبتاً ساده ای سود می برد. با نیاز به مراحل تولید کمتر نسبت به سایر فناوری ها ، پانل های heterojunction پتانسیل مقرون به صرفه بودن نسبت به انواع دیگر را دارند.


سرانجام ، پانل های HJT ممکن است مزایایی را در هنگام عملکرد دمای بالا داشته باشند. پانل های خورشیدی در دماهای بالا کمتر موثر هستند. این یک پدیده شناخته شده است - در واقع ، عملکرد دما در صفحه داده هر پنل خورشیدی ذکر شده است. به دنبال ارقام ضریب دما و رتبه های قدرت PTC ، NOCT یا CEC باشید .


با این حال ، یکی از مزایای خورشیدی فیلم نازک این است که ضریب درجه حرارت بهتری نسبت به سیلیکون بلورین دارد. این بدان معنی است که درجه حرارت بالا تأثیر کمتری بر فیلم های نازک دارد که سیلیکون تک رنگ یا چند کریستالی متداول است.


با دو لایه سیلیکون فیلم نازک ، پانل های عملکرد عملکرد در هنگام حفظ عملکرد بالا با افزایش درجه حرارت ، مزیت بیشتری نسبت به صفحه های خورشیدی معمولی کسب می کنند.