Scan0015 (10)

224 14. Ogniwa fotowoltaiczne

14.3

Wpływ temperatury na efekt fotowoltaiczny

Fizyczny aspekt spadku sprawności ogniw fotowoltaicznych ze wzrostem temperatury obejmuje dwa zasadnicze czynniki:

—    wzrost amplitudy drgań sieci krystalicznej, utrudniający przepływ nośników ładunków przez zmniejszenie ich ruchliwości;

—    utrata zdolności rozdzielania fotogenerowanych ładunków przez złącze. Pierwszy czynnik ogranicza wykorzystanie ogniw krzemowych już w temperaturze pokojowej, ponieważ pracują one wówczas poniżej swojej maksymalnej sprawności. Drugi czynnik nie wpływa istotnie na sprawność konwersji energii przez ogniwa krzemowe, dopóki temperatura nie przekroczy 300°C.

W temperaturze wyższej krzem typu N zaczyna tracić swój elektronowy charakter w ten sposób, że liczba elektronów i dziur staje się porównywalna. Również półprzewodnik typu P staje się w wysokich temperaturach podobny do samoistnego półprzewodnika. Prowadzi to do powstania dwóch efektów:

—    termicznie generowane nośniki ładunku mają tak dużo energii, że przekraczają złącze w obu kierunkach;

—    złącze zanika, ponieważ nie ma już obszaru N i P po obu jego stronach. Te efekty redukują aktywność ogniwa i jego sprawność spada niemal do

zera w temperaturze wyższej niż 300°C (dla krzemu).

Dodatkowo wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się przerwa energetyczna E_g. Zależność szerokości przerwy energetycznej od temperatury opisuje wzór empiryczny

E_g(T) = E_e(0)-J?E    (14.3)

w którym: £_g(0) — wartość przerwy energetycznej w temperaturze 0 K; /?, y — stałe, różne dla poszczególnych półprzewodników.

14.4

Budowa ogniw słonecznych

Od roku 1941 do chwili obecnej konstrukcja i budowa ogniw ulegała ciągłym udoskonaleniom i ulepszeniom. Na rysunku 14.5 przedstawiono rozwój konstrukcji ogniw słonecznych.

Współczesne ogniwa słoneczne składają się z następujących warstw: metalicznego podłoża (folia Al), dwutlenku krzemu, spolaryzowanej dodatnio warstwy półprzewodnika typu P, półprzewodnika typu P, półprzewodnika typu N, metalowych elektrod zbiorczych, drugiej warstwy dwutlenku krzemu i warstwy

Rysunek 14.5

Rozwój budowy ogniw słonecznych

1990 r.

ri = 23+24%

przeciwodblaskowej. Powierzchnie są grawerowane laserowo w celu zapewnienia odpowiedniej ich faktury. Poszczególne warstwy są napylane dyfuzyjnie i trawione na przemian. Domieszki wprowadzone są również przez dyfuzję na odpowiednią głębokość kryształu krzemu [14.16].

14.5

Koncentratory ogniw fotowoltaicznych

Z analizy kosztów wynika, że opłacalność produkcji energii elektrycznej metodą konwersji fotowoltaicznej jest możliwa w przypadku obniżenia ceny baterii ogniw do wartości poniżej 200 USD/m². Cena słonecznych ogniw krzemowych, ze względu na koszty produkcji super czystych materiałów, wynosi natomiast ok. 500 USD/m². Realne zmniejszenie kosztów baterii słonecznych jest możliwe przez zastosowanie koncentratorów promieniowania słonecznego, które zwiększają powierzchnię adsorbowania energii promieniowania słonecznego, przy niezmienionej powierzchni ogniw. Cena soczewki lub zwierciadła (ok. 30 USD/m²) jest natomiast znacznie niższa niż cena płytki krzemowej (200-4-400 USD/m²), stąd pojawia się możliwość obniżenia kosztów produkcji energii elektrycznej w przeliczeniu na metr kwadratowy.

Na rysunku 14.6 porównano, jaki musi być koszt 1 m² ogniw zwykłych i z koncentratorami w zależności od sprawności modułu ogniwa, tak aby koszt