انواع سلول های فتوولتائیک کریستالی

سلول‌های فتوولتائیک تک کریستالی دارای راندمان بالاتری در مقایسه با سلول‌های چند کریستالی بوده ولی هزینه تولید آن‌ها بالاتر است. بطور کلی راندمان سلول‌های فتوولتائیک سیلیکونی تک کریستالی و چند کریستالی تجاری به ترتیب در حدود ۱۴ % تا ۱۷ % و ۱۰ % تا ۱۴ % است. این راندمان مربوط به شرایط آزمایشگاهی بوده و در شرایط واقعی عملاً راندمان آن‌ها کمتر خواهد بود. مشخصه سلول فتوولتائیک تک کریستالی یکنواختی سطح آن (در مقایسه با سلول چند کریستالی) است.

 

  

سمت راست پنل مونوکریستال - سمت چپ پنل پلی کریستال

با انتخاب مناسب ماژول بر اساس فاکتور‌هایی نظیر نوع ماژول، توان نامی، راندمان (یا پارامتر واحد سطح بر وات ماژول) قیمت و دسترسی می‌توان هزینه ساخت نیروگاه‌های فتوولتاییک را تا حد امکان کاهش داد. دو فاکتور مساحت ماژول و قیمت، ارتباط مستقیمی با جنس سلول‌های بکار رفته در ماژول دارند. فاکتور دیگری که می‌تواند در هزینه تمام شده سیستم‌های توان بالای فتوولتاییک موثر باشد، انتخاب مناسب توان هر ماژول میباشد.

الف) سلول‌های سیلیکون تک کریستالی
سلول‌های تک کریستالی با استفاده از یک کریستال بزرگ سیلیس تولید می‌شوند در صورتی که برای ساخت سلول‌های پلی- کریستالی از تجمع چندین کریستال سیلیس در یک سلول استفاده می‌شود. سلول‌های سیلیکون تک کریستالی در صنعت فتوولتائیک بسیار رایج هستند.روش اصلی برای تولید سیلیکون تک کریستالی روش CZ می‌باشد.

سیلیکون تک کریستال دارای یک ساختار مولکولی یکنواخت است. این ماده در مقایسه با مواد غیرکریستالی دارای بازده تبدیل انرژی بالایی است. بازده بالای تبدیل سلول فتوولتائیک باعث تولید الکتریسیته بیشتری از منطق‌های که در معرض نور خورشید قرار گرفته است.

پنل‌های ساخته شده از سلول‌های مونوکریستال دارای سطح کمتری نسبت به پنل‌های پلی کریستال مشابه خود هستند یا به عبارتی راندمان آن‌ها بالاتر است. اما از طرفی قیمت بالاتری نیز دارند. چرا که روش ساخت بدین صورت است که ویفر‌های تک بلور از شمش‌های تک بلور، به ضخامت یک سوم تا نیم میلیمتر، تشکیل میشوند که در دمایی در حدود ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد، رشد داده می‌شوند. این روش، روشی بسیار گران است و سیلیکون بدست آمده باید بسیار خالص با ساختار بلوری تقریباً کامل باشد. به این نوع از سلول‌های خورشیدی، سلول‌های خورشیدی نسل اول نیز اتلاق می‌شود. تکنولوژی نسل اول انرژی بالاتر و هزینه بیشتری برای ساخت نیاز دارد. به برخی از معایب و مضرات این نوع سلول اشاره‌ای می‌کنیم:

مزایا:
به دلیل اینکه از بهترین نوع سیلیکون ساخته شده اند دارای بالاترین بازدهی نیز می‌باشند. مقدار بازده ی این نوع سلول در بازده ۱۵ % تا ۲۵ % می‌باشد.
به دلیل بازدهی بالا برای مقدار مشخص توان خروجی، نسبت به دیگر سلول‌ها سطح کمتری لازم دارد.
عمر این نوع سلول‌ها بالا می‌باشد. گارانتی که شرکت‌های معتبر برای این نوع سلول در نظر میگیرند در حدود ۲۵ سال می‌باشد.
قابلیت تولید توان در نور‌های کم این نوع سلول بالا می‌باشد.

معایب:
از لحاظ قیمت تمام شده، برق تولید شده از این نوع سلول نسبت به سلول‌های پلی کریستال و حتی لایه نازک، گرانتر می‌باشد.
در صورت پوشیده شدن این نوع سلول با برف یا هرگونه پوشش دیگر، توانایی سلول تا حد زیادی کم می‌شود.
همچنین امکان شکستگی در این نوع سلول‌ها زیاد است.
اما نکته ای که حائز اهمیت است این است که سلول‌های سیلیکونی محدود کنند‌ه ای به نام نقره دارند اما امروزه با تحقیقاتی گسترده در این زمینه، محققان توانستند جایگزین‌هایی برای این ماده داشته باشند. یکی از جایگزین‌ها مطرح شده مس می‌باشد.

ب) سیلیکون پلی کریستالی
همانطور که به آن اشاره شد تفاوت سلول‌های خورشیدی تک کریستال و پلی کریستال در نوع سیلیس بکار رفته در ساخت آن‌ها است. سلول‌های تک کریستال با استفاده از یک کریستال بزرگ سیلیس تولید می‌شوند در صورتی که برای ساخت سلول‌های پلی کریستال از تجمع چندین کریستال سیلیس در یک سلول استفاده می‌شود.

سیلیکون پلی کریستال شامل دانه‌های ریزی از سیلیکون تک کریستال می‌باشد. بازده سلول‌های فتوولتائیک سیلیکون پلی- کریستال کمتر از سلول‌های فتوولتائیک سیلیکون تک کریستال است. مرز دانه‌ها در سیلیکون پلی کریستالی مانع جریان الکترون‌ها شده و کاهش توان بیرونی را در پی خواهد داشت. بازده تبدیل انرژی برای ماژول های تجاری ساخته شده از سیلیکون پلی کریستال در محدوده ی ۱۰ ٪-۱۴ ٪ میباشند. در مناطق خیلی گرمسیر شاید استفاده از پنل‌های پلی کریستال مناسب تر باشد، چون سطح آن‌ها روشن تر است و حرارت کمتری را از انرژی تابشی خورشید جذب میکنند. به همین دلیل میزان افزایش مقاومت الکتریکی سیستم در اثر گرم تر شدن نیز کمتر خواهد بود و افت توان کمتری از پنل‌ها مشاهده خواهد شد.

یک شیوه رایج برای تولید سلول‌های فتوولتائیک سیلیکون پلی کریستال، تهیه ویفر‌های نازک بریده شده از بلوک‌های سیلیکون پلی کریستال ریخته گری است. سیلیکون پلی کریستال در مقایسه با سیلیکون تک کریستال محکم تر هستند و به همین دلیل آن را تا یک سوم سیلیکون تک کریستال می توان برید. همچنین این نوع از سلول‌ها در مقایسه با سیلیکون تک کریستال هزینه ی کمتری دارند. به هر حال هزینه پایین تولید این سلولها، بازده کم این سلول‌ها را جبران میکند.