Τι είναι τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου;

Τα ηλιακά κύτταρα είναι συσκευές που μετατρέπουν την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.Προκειμένου να λειτουργήσει σωστά, τα κύτταρα πρέπει να καλύπτονται με υλικό ημιαγωγού που μπορεί να απορροφήσει το φως.Τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου είναι ηλιακά κύτταρα τα οποία είναι επικαλυμμένα με πυρίτιο και είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος που χρησιμοποιείται.Αυτά τα κύτταρα συνδέονται σε σειρά που ονομάζονται μονάδες και οι ενότητες είναι διασυνδεδεμένες για να σχηματίσουν μια συστοιχία που παράγει την επιθυμητή τάση.Αυτά στη συνέχεια τοποθετούνται σε ένα προστατευτικό δοχείο πίσω από τα πάνελ γυαλιού που κατευθύνουν το φως του ήλιου στα κύτταρα

Όταν το φως χτυπά τον ηλιακό πίνακα, τα φωτόνια απορροφώνται από το υλικό ημιαγωγού.Τα ηλεκτρόνια χτυπούν χαλαρά και ρέουν μέσω του υλικού που παράγει ηλεκτρική ενέργεια.Μια σειρά από ηλιακά κύτταρα πυριτίου μετατρέπει αυτήν την ενέργεια σε ηλεκτρισμό (DC).Σε ένα ολοκληρωμένο σύστημα, η ηλεκτρική ενέργεια στη συνέχεια τροφοδοτείται στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας μετατροπείς.Τα αυτόνομα ηλιακά προϊόντα αποθηκεύουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μπαταρίες. Ενώ το πυρίτιο είναι ένα πολύ κοινό στοιχείο, συνδέεται συνήθως στο διοξείδιο του πυριτίου.Το καθαρό πυρίτιο πρέπει να εξαχθεί από το πυρίτιο και στη συνέχεια να επεξεργαστεί για να αυξήσει την αγωγιμότητά του.Το καθαρό πυρίτιο είναι ένας φτωχός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά όταν προστίθενται ορισμένες ακαθαρσίες, τυπικά φωσφώδη άτομα, γίνεται ένας εξαιρετικός αγωγός.Αυτή η επεξεργασία καταβάλλει μεγάλη ενέργεια και είναι υπεύθυνη για το υψηλό κόστος των ηλιακών κυττάρων του πυριτίου.Τα παραδοσιακά κατασκευασμένα κύτταρα χρησιμοποιούν πυρίτιο ενός κρυστάλλου σε μια μαζική μορφή που κόβεται σε πλακίδια.Αυτά χρησιμοποιούν μόνο περίπου το ένα τοις εκατό του πυριτίου που θα χρησιμοποιήσει ένα παραδοσιακό κύτταρο, αλλά δυστυχώς, είναι πολύ λιγότερο αποτελεσματικά.Τα κύτταρα που κατασκευάζονται με πολλαπλά στρώματα λεπτού φιλμ έχουν αναπτυχθεί τα οποία είναι εξίσου αποτελεσματικά με τα πιο ακριβά παραδοσιακά κύτταρα και διατηρούν ωστόσο τα οφέλη του χαμηλότερου κόστους, του ελαφρύτερου βάρους και της μεγαλύτερης ευελιξίας.Τα πολυκρυσταλλικά και άμορφα κύτταρα πυριτίου λεπτού φιλμ είναι πρόσθετες επιλογές χαμηλότερου κόστους.

Μια άλλη πρόκληση για τους επιστήμονες είναι να βρεθεί ένας τρόπος για την αύξηση της αποτελεσματικότητας των ηλιακών κυττάρων πυριτίου.Το φως του ήλιου έχει ένα ευρύ φάσμα μήκους κύματος που περιέχουν φωτόνια με ευρύ φάσμα ενεργειών.Ορισμένα από αυτά είναι πολύ αδύναμα ή πολύ ισχυρά για να σχηματίσουν το ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών που απαιτείται για να συλληφθεί από το υλικό ημιαγωγού.Τα περισσότερα κύτταρα είναι μόνο 15% αποδοτικά, πράγμα που σημαίνει ότι καταγράφουν μόνο το 15% της ηλεκτρικής ενέργειας που διατίθεται στο φως του ήλιου που περνά μέσα από τα πάνελ.

Η εργασία γίνεται παγκοσμίως για να βρει τρόπους για να αυξήσει την αποτελεσματικότητα και να μειώσει το κόστος τουηλιακά κύτταρα πυριτίου.Η εξεύρεση τρόπων για την αύξηση της αποτελεσματικότητας της λεπτότητας των ταινιών, μειώνοντας έτσι σημαντικά το κόστος, αποτελεί προτεραιότητα ενός ερευνητικού έργου που χρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση.Μια εταιρεία στην Ιαπωνία έχει αναπτύξει ηλιακά κύτταρα πυριτίου για χρήση σε πολλαπλά προϊόντα, τα οποία έχουν μέση απόδοση 25%.Η Boeing-Spectrolab, μια αμερικανική εταιρεία, έχει αναπτύξει ένα ηλιακό κύτταρο πυριτίου συμπυκνωτή που έχει απόδοση 40,7%.

Η έρευνα και η ανάπτυξη της Mare απαιτείται πριν από την ηλιακή ενέργεια να γίνει πρωταρχική πηγή ενέργειας, αλλά αυτή είναι μια περιοχή που λαμβάνει διεθνή προσοχή και χρηματοδότηση.Καθώς βελτιώνεται το κόστος και η αποτελεσματικότητα, η ηλιακή ενέργεια μπορεί να γίνει πολύ πιο συνηθισμένη.Ακόμη και με αυτές τις προκλήσεις, τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου χρησιμοποιούνται ήδη σε μια ποικιλία προϊόντων.Αυτά περιλαμβάνουν καθημερινά αντικείμενα όπως αριθμομηχανές, φακούς, φορτιστές τηλεφώνου, σιντριβάνια και εγχώρια και εμπορικά συστήματα ζεστού νερού.