GLAS 1
Genombrottet kom med insikten om att kombinatione
n av två sådana material kunde kombineras i samma solcellskrets. När solen strålar på det n-dopade övre skiktet rör sig elektroner åt ena hållet och den elektriska kontakten mellan det n-dopade och p-dopade material gör att ”hålen” som är positiva går åt andra hållet, se figur 1. Front Contact Electron Hole N doped Load P doped Rear Contact The electron and hole eventually recombine near the rear contact. This process happens continuously while photons are hitting the surface of the cell, thus creating a steady stream of electrons through the wire, resulting in an electrical current. Figur 1. De olika solcellstyperna brukar sorteras efter vilken generation de tillhör utvecklingsmässigt: Kisel (första generationen) Recombination Defeating Rear Surface Recombination Kommande solcellsteknologier (tredje generationen) An electron absorbs the photon, which excites it, moving it to the conduction band and creating an electron-hole pair. The electron then moves through the front contact and the hole moves to the P doped region: Det finns flera lovande teknologier som var och en skulle kunna vara grunden för en egen artikel. To prevent rear surface recombination in a solar cell, we can create a more heavily P-Doped region near the back edge of the cell to remove latent electrons in the structure. This more heavily P-Doped region, or P+ region, is called the Back Surface Field, or BSF. DSSC-solceller. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) är solceller som är uppbyggda kring ett färgämne som absorberar ljus på molekylär nivå. Det är extra intressant för det fungerar ungefär på samma sätt som fotosyntesen. Genom att optimera och kombinera det färgämnet med transparenta elektroder genereras elektricitet. I den så kallade Grätzelsolcellen är det organiskt baserade material, så som polymerer, som är de aktiva materialen. Kommersiella produkter av denna potentiellt billiga solcellsteknologi är på gång och om/när den slår igenom på riktigt är det inget omöjligt Nobelpris till innovatören Grätzel som till och med gett sitt namn till teknologin. Verkningsgraden har för tillfället nått cirka 13 procent. DSSC är den teknik som oftast nämns som en teknologi för transparenta solceller. Maximizing this BSF around your rear contact means that your current generating electrons coming through the circuit will have an easier time recombining, thus creating a more efficient cell. Acknowledgments Ingen genomgång av solcellsteknologier kan kringgå den kiselbaserade solcellen. Den har haft samma särställning inom solcellsbranschen som bensin och diesel har haft inom fordonsbranschen. Monokristallina solceller. Mono betyder ”en/ett” och kristall står för kristallstrukturen som beskriver hur atomerna är fördelade i ett material. I en monokristall är därmed hela materialet en enda kristall där alla kiselatomer ligger i perfekta rader/strukturer. Genom att vända kristallstrukturen i rätt riktning kan verkningsgraden på solcellen optimeras. Verkningsgraden är det som vanligtvis har störst påverkan på hur mycket energi en solcell kan ge och en solcellsmodul av den här typen ger en verkningsgrad på ca 15–22 procent*. De monokristallina solcellerna är vanligtvis djupt svarta och har de karaktäristiskt avrundade hörnen, som de flesta av oss har observerat i tidiga solcellsmoduler. Polykristallina solceller är i princip massor av monokristaller som ligger huller om buller och tillsammans ger ett blåsvart utseende. Eftersom alla kristaller inte ligger i en optimerad riktning sänks verkningsgraden till 15–17 procent*. Amorfa kiselsolceller (a-Si eller a-Si:H) består av tunna kiselskikt på exempelvis glas, plast eller stål. De har en lägre verkningsgrad (cirka 13 procent) än polykristallina solceller, men eftersom de inte kräver lika mycket material och är billiga att tillverka kan de ändå vara ett intressant alternativ i vissa sammanhang. De lämpar sig till exempel väl för BIPV. Tunnfilmsteknik (andra generationen) Med den amorfa kiselsolcellen övergår vi till den andra generationens solcellsteknologier som är baserade på tunnfilmsteknik. Tunnfilmstekniken ger solceller som är endast cirka 10 mikrometer tunna vilken kan jämföras med kiselbaserade solceller som är cirka 200–300 mikrometer. De fungerar principiellt som kiselsolcellerna som beskrivits ovan men baseras på grannatomer till kisel i det periodiska systemet. Dessa grannar är kadmium (Cd), gallium (Ga), arsenik (As) och tellur (Te). Den tekniskt insatte ser direkt att flera av dessa atomer inte är så trevliga och giftiga för människan. Lägg dessutom till att de är ganska eller mycket ovanliga så inses de nuvarande och framtida utmaningarna för tunnfilmsbaserade solceller. De vanligast förekommande tunnfilmstyperna är CIGS (koppar indium gallium selen), kadmium tellurid (CdTe) samt gallium arsenid (GaAs). 30 GLAS 1.2023 Tandemsolceller är intressanta och ganska lätta att förstå eftersom de kan jämföras med en tandemcykel med två, tre eller flera olika sorters cyklister på. Vi kan tänka oss att den bakre cyklisten är stark i uppförsbacke, den mittre på landsväg och den främre i nerförsbacke. De hjälper alla varandra och på samma sätt är olika skikt i en tandemsolcell optimerade för olika våglängder i ljuset från solen. Verkningsgraden kan på det viset bli högre än för en solcell med endast ett aktivt solcellsmaterial. Figur 2 visar hur olika solcellsmaterial absorberar fotoner av olika våglängd. Dessa solceller kallas även för multijunction solar cells. En mycket lovande teknologi. Thanks to Dr. Craig H. Peters and Dr. Brian E. Hardin, cofounders of Plant PV, a company which I have had the unique privilege of being a part of. Without the support and guidance of these two, this presentation would not have been possible. Image References: Image #1: Public Domain Image #2: R Nave: Hyperphysics A B AM 1.5 spectrum TOP CELL InGaP 1.86 eV MIDDLE CELL InGaAs 1.4 eV BOTTOM CELL Ge 0.65 eV Figur 2. / TEMA / Spara och generera energi