Ogniwa fotowoltaiczne i ich generacje

Ogniwa fotowoltaiczne są podstawowym elementem budowy paneli fotowoltaicznych. Zazwyczaj ogniwa fotowoltaiczne zbudowane są z krzemu o różnym stopniu krystalizacji. Dlatego patrząc na poszczególne ogniwa można zauważyć, że mają one różne kolory i odcienie. Jedne są ciemno granatowe do czarnych inne bardziej niebieskie z wyraźnymi kryształami. Kolor ogniwa zależy od technologii produkcji oraz użytego materiału. 

Budowa ogniwa fotowoltaicznego

Ogniwa fotowoltaiczne zbudowane są z półprzewodnikowego złącza P-N, pomiędzy którym znajduje się bariera potencjałów. Gdy w ogniwo uderzy foton o energii większej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika (ang. band gap), elektrony przemieszczają się do obszaru N a następnie po przejściu przez obwód łączą się z  dziurami (ładunek dodatni) które pozornie poruszają się przez obszar typu P. W wyniku takiego ruchu elektronów powstaje różnica potencjałów, czyli napięcie elektryczne.

Ogniwa fotowoltaiczne I generacji 

Ogniwa fotowoltaiczne monokrystaliczne - wykonane jest z jednego monolitycznego kryształu krzemu. Charakteryzuje się wysoką sprawnością zazwyczaj 18-22% oraz wysoką ceną. Posiada charakterystyczny ciemny kolor.

Ogniwo fotowoltaiczne monokrystaliczne

Panel fotowoltaiczny zbudowany z połączonych ogniw fotowoltaicznych

Ogniwo fotowoltaiczne polikrystaliczne wykonane jest z wykrystalizowanego krzemu. Charakteryzuje się sprawnością w przedziale 14-18% oraz umiarkowaną ceną. Zazwyczaj posiada charakterystyczny niebieski kolor i wyraźnie zarysowane kryształy krzemu.

Ogniwo fotowoltaiczne polikrystaliczne

Ogniwo fotowoltaiczne amorficzne wykonane jest z amorficznego, bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu. Charakteryzuje się niską sprawnością w przedziale 6-10% oraz niską ceną. Zazwyczaj posiada charakterystyczny lekko bordowy kolor i brak widocznych kryształów krzemu.
 

Ogniwo fotowoltaiczne amorficzne

Obraz fotowoltaiki oparty o krzemowe ogniwa fotowoltaiczne ogniwa utkwił man w pamięci, gdyż jeszcze kilka lat temu ogniwa krzemowe stanowiły praktycznie 100% rynku. Dziś sytuacja uległa istotnej zmianie. Krzem jako budulec ogniw PV jest w defensywie a rynek szybko zyskują nowe technologie zwane „thin film solar cell” ogniwa fotowoltaiczne zbudowane z bardzo cienkiej warstwy półprzewodnika. Także coraz odważniej pojawiają się także ogniwa zupełnie pozbawione klasycznych półprzewodników. Aby to wszystko uporządkować podzielono ogniwa słoneczne na generacje.

Ogniwa fotowoltaiczne I generacji – czyli te klasyczne, które większość z nas ma na myśli słysząc słowo fotowoltaika. Ogniwa te oparte są o tradycyjne krzemowe złącze p-n produkowane z bardzo czystego(99.99999) krzemu krystalicznego w postaci wafli grubości ok 200-300 mikrometrów. Charakteryzują się „wysoką” sprawnością zazwyczaj 17-22% jak również wysokimi kosztami produkcji. Głównie z uwagi na wysokie koszty krzemu oraz relatywnie małą automatyzację produkcji (wiele prac wykonuje wykwalifikowany pracownik) Obecny udział w rynku ok 82%

Ogniwa fotowoltaiczne II generacji – także zbudowane w oparciu i złącze P-N jednak nie z krzemu krystalicznego lecz np. z tellurku kadmu (CdTe), mieszaniny miedzi, indu, galu, selenu (CIGS) czy krzemu amorficznego. Ich cechą charakterystyczną jest bardzo mała grubość warstwy półprzewodnika absorbującej światło, która zazwyczaj waha się od 1-3 mikrometrów. Z uwagi na dużą redukcję zużycia półprzewodników są znacznie tańsze w produkcji a cały proces bardziej zautomatyzowany. Główną wadą ogniw II generacji jest niższa sprawność od ogniw I generacji, która w zależności od technologii waha się od 7-15%. Obecny udział w rynku ok 18%

panel firmy first solar zbudowany w oparciu o ogniwa z tellurku kadmu

Ogniwa fotowoltaiczne III generacji – pozbawione są złącza P-N niezbędnego przy produkcji ogniw fotowoltaicznych z wykorzystaniem tradycyjnych półprzewodników. Obecnie do ogniw III generacji zaliczane są bardzo różne technologie jednak najbardziej zaawansowane prace są nad ogniwami DSSC oraz organicznymi z wykorzystaniem polimerow. Wielką zaletą ogniw II generacji są niskie koszty oraz prostota produkcji. Główną przeszkodą w ich popularyzacji jest niska sprawność oscylująca wokół kilku procent. Obecny udział w rynku ogniw III generacji nie przekracza 0.5%.

ogniwa/panel III generacji zbudowany w oparciu o ogniwa polimerowe firmy konarka

ogniwa/panel III generacji zbudowany w oparciu o ogniwa DSSC firmy dyesol

Schematycznie głównie zmiany w kolejnych generacjach ogniw można przedstawić następująco

REKLAMA