Vad är kiselceller?

Solceller är enheter som omvandlar ljusenergi till elektrisk energi.För att fungera korrekt måste cellerna täckas med ett halvledarmaterial som kan absorbera ljuset.Kiselceller är solceller som är belagda med kisel och är den vanligaste typen som används.Dessa celler är anslutna i serier som kallas moduler, och modulerna är sammankopplade för att bilda en matris som producerar den önskade spänningen.Dessa placeras sedan i en skyddande behållare bakom glaspaneler som riktar solljuset till cellerna.

När ljus träffar solpanelen absorberas fotonerna av halvledarmaterialet.Elektronerna slogs loss och flyter genom den material som producerar el.En rad kiselceller omvandlar denna energi till strömström (DC) elektricitet.I ett integrerat system matas sedan elen in i elnätet med hjälp av växelriktare.Fristående solprodukter lagrar elen i batterier.

Medan kisel är ett mycket vanligt element är det vanligtvis bundet i kiseldioxid.Det rena kiselet måste extraheras från kiseldioxid och sedan bearbetas för att öka dess konduktivitet.Rent kisel är en dålig ledare av elektricitet, men när vissa föroreningar tillsätts, vanligtvis fosforatomer, blir det en utmärkt ledare.Denna bearbetning spenderar en hel del energi och ansvarar för de höga kostnaderna för kiselceller.Traditionellt tillverkade celler använder enkristall kisel i en bulkform som skärs i skivor.

För att hjälpa till att mildra kostnaden har forskare utvecklat tunna filmsolceller.Dessa använder bara cirka en procent av kisel som en traditionell cell skulle använda, men tyvärr är de mycket mindre effektiva.Celler tillverkade med flera lager av tunn film har utvecklats som är lika effektiva som de dyrare traditionella cellerna och ändå upprätthåller fördelarna med lägre kostnad, lättare vikt och större flexibilitet.Polykristallina och amorfa tunna filmkiselceller är ytterligare, lägre kostnadsalternativ.

En annan utmaning för forskare är att hitta ett sätt att öka effektiviteten hos kiselceller.Solljus har ett brett spektrum av våglängder som innehåller fotoner med ett brett spektrum av energier.Vissa av dessa är för svaga eller för starka för att bilda det elektronhålpar som krävs för att fångas av halvledarmaterialet.De flesta celler är endast 15% effektiva, vilket innebär att de bara fångar 15% av den elektriska energin som finns i solljuset som passerar genom panelerna.

Arbetet görs över hela världen för att hitta sätt att öka effektiviteten och minska kostnaden förkiselceller.Att hitta sätt att öka tunnfilmseffektiviteten och därmed minska kostnaden kraftigt är en prioritering av ett Europeiska unionens finansierade forskningsprojekt.Ett företag i Japan har utvecklat kiselceller för användning i flera produkter som har en genomsnittlig effektivitet på 25%.Boeing-Spectrolab, ett amerikanskt företag har utvecklat en koncentrator kiselcell som har 40,7% effektivitet.

Mare forskning och utveckling krävs innan solenergi blir en primär energikälla, men detta är ett område som får internationell uppmärksamhet och finansiering.När kostnaden minskar och effektiviteten förbättras kan solenergi bli mycket vanligare.Även med dessa utmaningar används kiselceller redan i olika produkter.Dessa inkluderar föremål varje dag som kalkylatorer, ficklampor, telefonladdare, vattenfontäner och inhemska och kommersiella varmvattensystem.