Hücre Türleri – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları
Hücre Türleri
Gösterilen enerji boşluğu nedeniyle, kristal silisyum fotovoltaik hücreler için ideal bir yarı iletken malzeme olarak görülmemektedir. Ayrıca silikon, güneş radyasyonu için soğurma katsayısı nispeten düşük değerler gösteren dolaylı bir yarı iletkendir.
Bu tür yarı iletken malzemeden yapılan güneş pilleri bu nedenle nispeten kalın olmalıdır; gösterildiği gibi, basit düzlemsel yapıya sahip geleneksel bir kristal silikon hücrenin, gelen güneş ışığını neredeyse tamamen emmesi için en az 50 μm’lik bir katman kalınlığına sahip olması gerekir.
Yüksek katman kalınlığı, yüksek malzeme tüketimi ve dolayısıyla yüksek maliyetler anlamına gelir. Bununla birlikte, kristal silikon, fotovoltaik hücreler için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunun başlıca nedeni, silikonun en geniş pazar penetrasyonu gösteren, teorik olarak en iyi anlaşılmış ve en kolay kontrol edilebilen yarı iletken malzeme olmasıdır.
Daha geçen yüzyılın altmışlı yıllarında, uygun maliyetli ince film güneş pilleri geliştirmek için çok sayıda araştırma ve geliştirme faaliyeti yürütüldü.
Bu amaçla “doğrudan” yarı iletkenler gereklidir. Bu madde kategorisi temel olarak II-VI, III-V ve I-III-VI2 bileşiklerini içerir. Ayrıca 1970’li yıllarda fotovoltaik projeler kapsamında keşfedilen amorf silikon (a-Si) bir direkt yarı iletkendir. İyi absorpsiyon özellikleri ile karakterize edilir ve ince film güneş pilleri için temel malzeme olarak uygun görünüyordu.
Yine de, rakip yarı iletken malzemeler veya teknolojilerle ilgili olarak hala çözülmemiş sorunlar nedeniyle, kristal silikon (kristal ve polikristal teknolojileri içerir) önümüzdeki yıllarda ağırlıklı olarak temel malzeme olarak kullanılmaya devam edecektir.
Güneş pilleri (hala) nispeten pahalı olduğundan, güneş ışınımını yoğunlaştırma ve böylece fotovoltaik hücrelerin gerekli yüzeyini azaltma eğilimi vardır.
Ayrıca, hücre sıcaklığı sabit kalırsa, fotovoltaik hücrelerin verimliliği artan ışınımla birlikte artma eğilimindedir. Yoğunlaştırma sistemleri için, daha pahalı ama daha verimli güneş pili teknolojileri, maliyet etkin bir şekilde uygulanabilir. Örneğin güneş ışınımını yoğunlaştırmak için ayna ve mercek sistemleri kullanılmaktadır.
Ancak bu koşullar altında, birim yüzey başına enerji verimini artırmaya yardımcı olan izleme sistemlerine ek olarak ihtiyaç duyulur. Bu tür yoğunlaştırma sistemleri, doğrudan radyasyon için (yalnızca doğrudan radyasyon odaklanabilir) ve bu nedenle dünya çapında güneş radyasyonunun doğrudan ışınımla belirlendiği bölgeler için (çöllerde olduğu gibi) en uygun olanlardır.
Bu nedenle, Orta Avrupa’daki uygulamaları, yıllık radyasyona dayalı olarak, yaklaşık 1’lik bir direkt ila dağınık radyasyon oranıyla, çoğu durumda uygun değildir.
Laboratuvar araştırması ve üretimi ile ilgili olarak güneş pili geliştirme açısından en son teknolojiler özetlenmiştir. Aşağıda, çeşitli güneş pili tipi teknolojiler kısaca özetlenmiştir.
Kristal silisyumdan güneş pilleri. Bu hücre teknolojisi temel olarak yarı iletken endüstrisinde uygulanan proseslere dayanmaktadır.
İnsan hücresi
Gelişmiş hücre örnekleri
Hücre
Kök hücre çeşitleri
hücre çeşitleri
Hücre Nedir
İlkel hücre örnekleri
Hayvan Hücresi
Kristal hücre üretimi ile ilgili olarak üç adım ayırt edilir:
− Ana malzeme olarak yüksek saflıkta silikon üretimi,
– gofret veya ince filmlerin imalatı ve
− güneş pili üretimi.
Silis kumu (SiO2), yüksek saflıkta silikon için temel malzeme görevi görür. Spesifik bir indirgeme yöntemi (erime elektrolizi) aracılığıyla silis kumu, maksimum %99 saflık ile karakterize edilen “metalurjik dereceli silikona” dönüştürülür. Ancak bu saflık güneş pili üretimi için hala yetersizdir.
Bu nedenle, yarı iletken silikon (yarı iletken dereceli silikon; SeG-Si) safsızlık içeriğinin aşılmaması gerektiğinden, yarı iletken endüstrisi tarafından kullanılan silikonun üretimi için daha pahalı saflaştırma adımları gereklidir.
Gerekli silikon saflaştırması, dünya çapında çoğu durumda Siemens işlemi tarafından gerçekleştirilir. Bu saflaştırma yöntemi, metalürjik kalitede silikonun hidroklorik asit kullanılarak triklorosilana dönüştürülmesiyle başlar.
Sonraki fraksiyonel damıtma, aşırı saflık gerekliliklerine uyumu sağlar. Daha sonra saflaştırılmış triklorosilanın pirolizi ile silikon tekrar elde edilir. Bir indirgeyici atmosfer içindeki uygun piroliz reaktörlerinde, triklorosilan sıcak çubuklarda ayrışır.
Elementer silisyum polikristal malzeme olarak ayrılır. Elde edilen “poli-silikon”, “SeG-Si” (yarı iletken dereceli silikon) gereksinimlerini karşılar ve μm aralığında tane büyüklükleri gösterir.
Şimdiye kadar fotovoltaik endüstrisi, standart ürünlerin üretimi için polisilikon kalitesinde silikon kullanabiliyordu. Bu polisilikon kalitesi, yarı iletken endüstrisinin gereksinimlerini karşılamadı, ancak yine de güneş pili üretimi için yeterlidir.
Bir yanda yarı iletken endüstrisinin azalan büyüme oranları, diğer yanda fotovoltaik endüstrisinin güçlü bir şekilde artan üretimi nedeniyle, bu tür “kademe dışı” malzemelerin önümüzdeki yıllarda giderek daha az bulunması bekleniyor.
Bu nedenle bazı ülkeler, uygun maliyetli “güneş silikonu” üretmek amacıyla metalürjik dereceli silikon için alternatif saflaştırma yöntemleri geliştiriyor. Bu tür gelişmeler, geçen yüzyılın seksenli yıllarının başlarında küresel ölçekte yürütüldü; ancak, “kalite dışı silikon” rekabeti nedeniyle durdurulmuşlardı.
Polikristalin silikon, silikon mono-kristallerin sağlanması için temel malzeme olarak hizmet eder. Bu tür monokristallerin üretimi için uygulanan standart işlem, Czochralski işlemidir (Cz işlemi). Bir koruyucu gaz atmosferi içinde polisilikon bir pota içinde eritilir.
Bir çekirdek kristal erimiş silikona daldırılır ve silindirik monokristal çubuklar elde edilecek şekilde sıcaklık gradyanları hassas bir şekilde kontrol edilirken sürekli döndürmeyle tekrar yavaşça uzaklaştırılır.
Bu çubukların bir tel testere yardımıyla kesilmesiyle ince (250 ila 300 μm) tek kristal silikon gofretler elde edilir. Ancak testereyle kesme (standart teknoloji), (pahalı) malzemenin %50’ye kadarını israf eder. Yarı iletken endüstrisi, entegre elektrik devreleri üretmek için bu tür silikon levhaları kullanır ve daha sonra, bilgisayarlarda ve diğer elektronik cihazlarda kullanılmak üzere ayrı ayrı levhaları farklı fonksiyonel “çiplere” ayırır.
Fotovoltaik endüstrisinde bu gofretler, mono-kristal silikon güneş pilleri üretmek için kullanılır. Bu nedenle dairesel gofretler, daha iyi bir alan kullanımına izin vermek ve dolayısıyla yüzeye özel modül verimliliklerini artırmak için kare plakalar elde etmek üzere ek olarak kırpılır.