Trosolwg o'r egwyddor weithredol a gwahanol fathau o gelloedd solar

Yn yr oes bresennol o alw am ynni cynyddol a phroblemau amgylcheddol cynyddol amlwg, mae ynni solar wedi dod yn ganolbwynt sylw oherwydd ei nodweddion glân ac adnewyddadwy. Fel y canolbwynt ar gyfer trosi ynni solar yn effeithlon yn ynni trydanol, mae mecanwaith gweithredu celloedd solar wedi dod yn allweddol i dechnoleg defnyddio ynni solar.

1. Strwythur sylfaenol celloedd solar
Mae craidd celloedd solar, dyfais hudol sy'n trosi egni solar yn egni trydanol yn effeithlon, yn gorwedd yn yr haen deunydd lled -ddargludyddion. Mae'r rhan hon fel arfer yn cynnwys deunyddiau fel silicon (SI), gallium arsenide (GAAS), a cadmium telluride (CDTE). Mae silicon yn cael ei ffafrio'n eang oherwydd ei adnoddau toreithiog, perfformiad uwch a'i gost gymedrol. Rhennir yr haen hon ymhellach yn lled-ddargludyddion math P a lled-ddargludyddion math N. Mae'r cyntaf yn llawn tyllau (cludwyr gwefr positif) ac yn cael ei ffurfio trwy ddopio amhureddau trivalent fel boron mewn lled -ddargludyddion pur; Mae'r olaf yn llawn electronau rhydd (cludwyr gwefr negyddol) ac yn cael ei baratoi trwy ddopio amhureddau pentavalent fel ffosfforws. Yn ogystal, mae gan gelloedd solar hefyd electrodau, sy'n gyfrifol am gasglu a throsglwyddo cerrynt. Fe'u rhennir fel arfer yn electrodau positif ac electrodau negyddol, sydd wedi'u cysylltu â lled-ddargludyddion math P a math N yn y drefn honno, a dewisir deunyddiau metel gyda dargludedd sefydlog a pherfformiad da fel arian ac alwminiwm. Er mwyn gwella ymhellach yr effeithlonrwydd amsugno golau a lleihau colli adlewyrchiad, mae'r haen gwrth-fyfyrio wedi'i gosod yn glyfar ar wyneb y deunydd lled-ddargludyddion, a chynlluniwyd ei ddeunydd a'i drwch yn ofalus i sicrhau y gall y golau digwyddiad fynd i mewn i du mewn y deunydd lled-ddargludyddion i'r maint uchaf.

2. Egwyddor weithio celloedd solar
Yn fyr, mae egwyddor weithredol celloedd solar yn seiliedig ar effaith ffotwlectrig lled -ddargludyddion. Pan fydd golau haul yn tywynnu ar ddeunyddiau lled -ddargludyddion, bydd egni ffotonau yn cael ei amsugno gan y deunydd, a fydd wedyn yn cyffroi electronau i neidio o'r band falens i'r band dargludiad. Mae'r broses hon yn cynhyrchu parau twll electron. Mae'r electronau a'r tyllau hyn yn cael cyfres o symudiadau cymhleth y tu mewn i'r batri ac yn y pen draw fe'u casglir a'u troi'n allbwn ynni trydanol.

Yn benodol, amsugno golau yw man cychwyn gweithrediad celloedd solar. Ar ôl yr atomau yn y deunydd lled-ddargludyddion yn amsugno egni ffotonau, os yw'r egni ffoton yn fwy na lled bandgap y lled-ddargludydd, bydd yr electronau yn y band falens yn neidio i'r band dargludiad, gan adael tyllau ar yr un pryd, gan ffurfio parau twll electron. Gan gymryd silicon fel enghraifft, mae ei led bandgap tua 1.12EV, sy'n golygu pan fydd egni'r ffoton yn fwy na'r gwerth hwn, gall yr electronau mewn silicon amsugno trosglwyddo egni.

Nesaf yw ffurfio'r maes trydan adeiledig. Ar gyffordd lled-ddargludyddion p-math a lled-ddargludyddion math N, cynhyrchir maes trydan adeiledig oherwydd y gwahaniaeth yng nghrynodiad cludwyr y ddau lled-ddargludydd. Mae cyfeiriad y maes trydan hwn yn dod o led-ddargludyddion math N i led-ddargludydd math P, sy'n chwarae rhan allweddol wrth wahanu parau twll electron.

Yn y cam gwahanu a throsglwyddo gwefr, mae'r parau twll electron a gynhyrchir o dan arbelydru golau yn cael eu gwahanu i bob pwrpas o dan weithred y maes trydan adeiledig. Mae'r electronau'n cael eu gwthio i ochr y lled-ddargludydd n-math, tra bod y tyllau'n cael eu gwthio i ochr y lled-ddargludydd p-math, a thrwy hynny symud i ddau ben y batri yn y drefn honno. Mae'r cludwyr hyn yn llifo i'r llwyth trwy'r band dargludiad a'r band falens yn y lled -ddargludyddion trwy'r gylched allanol, gan ffurfio cerrynt.

Yn olaf, mae'r cyswllt pŵer allbwn. Pan fydd y gell solar wedi'i chysylltu â llwyth allanol (fel gwrthydd, teclyn trydanol, ac ati), mae llif y cludwyr hyn yn y gylched allanol yn darparu pŵer i'r llwyth. Mae llawer o ffactorau yn effeithio ar foltedd allbwn a cherrynt celloedd solar, gan gynnwys priodweddau deunyddiau lled -ddargludyddion, dwyster golau a thymheredd.
Mae cysylltiad agos rhwng dwyster golau â cherrynt allbwn. Pan fydd dwyster y golau yn cynyddu, mae nifer y parau twll electron a gynhyrchir gan gelloedd solar yn cynyddu, sydd yn ei dro yn arwain at gynnydd mewn cerrynt allbwn. Fodd bynnag, bydd newidiadau tymheredd hefyd yn effeithio ar berfformiad celloedd solar. Wrth i'r tymheredd godi, bydd dargludedd deunyddiau lled -ddargludyddion yn gostwng yn raddol, a fydd yn effeithio ar y foltedd allbwn a'r cerrynt i raddau.

3. Gwahaniaethau yn egwyddorion gweithio gwahanol fathau o gelloedd solar

Celloedd solar silicon monocrystalline

Mae gan gelloedd solar silicon monocrystalline, yn seiliedig ar wafferi silicon un-grisialog purdeb uchel, effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol rhagorol oherwydd eu strwythur grisial cyflawn. Yn y broses o amsugno golau, gwahanu a throsglwyddo gwefr, mae eu heffeithlonrwydd uchel yn galluogi trosi ynni'r haul yn effeithiol yn egni trydanol.

Celloedd solar silicon polycrystalline

Mae celloedd solar silicon polycrystalline yn cynnwys llawer o rawn bach o silicon. Er bod rhai diffygion yn eu strwythur grisial, mae ganddynt fanteision cost amlwg. Yn debyg i silicon un-grisialog, mae ei broses amsugno golau hefyd yn effeithlon, ond oherwydd diffygion grisial, mae'n dod ar draws rhwystrau yn y broses trosglwyddo gwefr, gan arwain at effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol ychydig yn is na silicon un grisialog.

Celloedd solar ffilm denau

Mae celloedd solar ffilm denau yn adnabyddus am eu deunyddiau lled-ddargludyddion ultra-denau yn amrywio o ychydig ficronau i ddegau o ficronau. Mae deunyddiau cyffredin yn cynnwys cadmiwm telluride a selenide indium copr indium. Er bod eu hegwyddor weithredol yn debyg i egwyddor celloedd solar silicon crisialog, mae eu nodweddion amsugno golau a thâl unigryw yn eu gwneud yn rhagorol o ran hyblygrwydd a scalability, ac maent yn arbennig o addas ar gyfer senarios cymhwysiad fel toeau solar a dyfeisiau cludadwy.

Celloedd solar organig

Mae celloedd solar organig, sy'n defnyddio deunyddiau lled-ddargludyddion organig fel polymerau a chyfansoddion moleciwl bach, wedi denu sylw oherwydd eu galluoedd cost isel, ysgafnder a pharatoi ardal fawr. Ar ôl amsugno golau, mae angen i'r excitonau a gynhyrchir ddadleoli yn y rhyngwyneb rhoddwr-dderbynydd i ffurfio cerrynt. Er bod yr effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol cyfredol yn dal i fod yn is nag effaith celloedd solar anorganig traddodiadol, ni ellir anwybyddu ei botensial datblygu.

Iv. Paramedrau perfformiad celloedd solar
Mae gwerthusiad perfformiad celloedd solar yn cynnwys paramedrau allweddol lluosog. Yn eu plith, mae'r effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol yn ddangosydd pwysig i fesur gallu celloedd solar i drosi egni golau yn egni trydanol. Ei fformiwla gyfrifo yw: η=(egni trydanol allbwn \/ egni golau digwyddiad) × 100%. Mae effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol gwahanol fathau o gelloedd solar yn amrywio. Er enghraifft, mae celloedd solar silicon monocrystalline wedi cyflawni effeithlonrwydd uchel o fwy na 26% mewn amgylcheddau labordy, tra bod cynhyrchion masnachol fel arfer yn cynnal ystod o 18% i 22%.

Yn ogystal, mae cerrynt cylched byr, foltedd cylched agored a ffactor llenwi hefyd yn baramedrau pwysig ar gyfer gwerthuso perfformiad celloedd solar. Mae cerrynt cylched byr yn adlewyrchu gallu casglu cludwyr y batri o dan amodau goleuo penodol, tra bod cysylltiad agos rhwng foltedd cylched agored â phriodweddau deunyddiau lled-ddargludyddion, strwythur a phroses batri. Mae ffactor llenwi yn mesur nodweddion allbwn gwirioneddol celloedd solar. Mae'n gwerthuso perfformiad batris trwy gymharu'r pŵer allbwn uchaf gwirioneddol â chynnyrch foltedd cylched agored a cherrynt cylched byr.

V. Rhagolygon datblygu celloedd solar
Gyda datblygiad cyflym gwyddoniaeth a thechnoleg, mae perfformiad celloedd solar yn parhau i gael ei optimeiddio, ac mae'r gost yn cael ei lleihau'n raddol, ac mae ei ragolygon cymhwysiad yn dod yn fwy a mwy eang. Ym maes ynni, mae celloedd solar wedi dod yn rhan anhepgor o systemau ynni dosbarthedig, gan ddarparu trydan glân i filoedd o aelwydydd, amrywiol fentrau a chyfleusterau cyhoeddus. Yn ogystal, ynghyd â systemau storio ynni, gall ddatrys problem ysbeidiol ynni solar yn effeithiol a sicrhau allbwn pŵer sefydlog.

Ym maes cludo, mae cerbydau arloesol fel ceir solar ac awyrennau solar yn dod i farn pobl yn raddol. Mae celloedd solar yn darparu pŵer ar gyfer y cerbydau hyn, sydd nid yn unig yn lleihau dibyniaeth ar ynni ffosil traddodiadol, ond hefyd yn helpu i leihau allyriadau carbon a diogelu'r amgylchedd.

O ran dyfeisiau electronig, mae dyfeisiau cludadwy fel gwefrwyr solar, oriorau solar, a chyfrifianellau solar wedi cael eu ffafrio'n eang gan ddefnyddwyr. Gyda datblygiadau technolegol pellach, mae disgwyl i gelloedd solar ddarparu cefnogaeth ynni ar gyfer dyfeisiau mwy electronig a chyflawni hunangynhaliaeth offer.

I grynhoi, fel technoleg ynni adnewyddadwy allweddol, mae archwilio manwl o egwyddor weithredol ac arloesedd technolegol celloedd solar yn hanfodol i hyrwyddo cymhwysiad ynni solar yn eang. Trwy wella perfformiad celloedd solar yn barhaus a lleihau eu costau, gallwn ddisgwyl dyfodol glanach a mwy cynaliadwy ynni.