Materiale pentru elemente solare

O celul solar const din dou sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai ntlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprins ntre 0,001 i 0,2 mm i sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma jonc iuni p i n. Aceast structur e similar cu a unei diode. Cnd stratul de siliciu este expus la lumin se va produce o agita ie a electronilor din material i va fi generat un curent electric. Celulele, numite i celule fotovoltaice, au de obicei o suprafa foarte mic i curentul generat de o singur celul este mic dar combina ii serie, paralel ale acestor celule pot produce curen i suficient de mari pentru a putea fi utiliza i n practic . Pentru aceasta, celulele sunt ncapsulate n panouri care le ofer rezisten mecanic i la intemperii

Celulele solare sunt de mai multe tipuri: monocristaline, policristaline, amorfe, film subtire, CIS (copper indium diselenide) si CdTe (cadmium telluride), CIGS, etc. Diferenta intre aceste celule consta in structura si modul cum sunt aranjati atomii. Acest lucru va da si un aspect specific fiecarei celule solare. Diferenta cea mai mare consta totusi in eficienta. Eficienta celulei se masoara in procentul de energie luminoasa transformata in energie electrica. Celulele solare monocristaline si policristaline au aproape aceasi eficienta fiind si cea mai mare din multitudinea de celule solare comerciale existente pe piata. In ultimul timp, celulele solare CIS si CdTe au inceput sa fie disponibile pe piata in cantitati reprezentative.

Eficienta celulor solare Monocristaline: Policristaline: Amorfe: Cadmium telluride: 15-18 % 13-15 % 5-8 % 6-9 %

Materiale utilizate la producereCelule pe baz de siliciuStrat sub ire Strat gros Celule monocristaline (c-Si) 1) Randament mare - n produc ia n serie se pot atinge pn la peste 20 % randament energetic, 2)Tehnic de fabrica ie pus la punct; Celule policristaline (mc-Si) La produc ia n serie s-a atins deja un randament energetic de peste 16 %, Cosum relativ mic de energie n procesul de fabrica ie, i pn acum cu cel mai bun raport pre performan . Celule cu siliciu amorf (a-Si) 1) Cel mai mare segment de pia la celule cu strat sub ire; 2) Randament energetic al modulelor de la 5 la 7 %; Celule pe baz de siliciu cristalin, ex. microcristale (cSi) n combina ie cu siliciul amorf randament mare; 1) Tehnologia aceea i ca la siliciul amorf

Semiconductoare pe baz de elemente din grupa III-V Celule cu GaAs 1) Randament mare, 2) Foarte stabil la schimb rile de temperatur , la nc lzire o pierdere de putere mai mic dect la celulele cristaline pe baz de siliciu, robust vizavi de radia ia ultraviolet , 3) Tehnologie scump , se utilizeaz de obicei n industria spa ial (GaInP/GaAs, GaAs/Ge)

Semiconductoare pe baz de elemente din grupa II-VI Celule cu CdTe 1) Utilizeaz o tehnologie foarte avantajoas CBD(depunere de staturi sub iri pe suprafe e mari n mediu cu pH , temperatur i concentra ie de reagent controlate) ; 2) n laborator s-a atins un randament de 16 %, dar modulele fabricate pn acum au atins un randament sub 10 %, nu se cunoa te fiabilitatea. 3) Din motive de protec ia mediului este improbabil utilizarea pe scar larg .

Celule solare pe baz de compu i organici Tehnologia bazat pe chimia organic furnizeaz compu i care pot permite fabricarea de celule solare mai ieftine. Prezint , totu i, un impediment faptul c aceste celule au un randament redus i o durat de via redus (max. 5000h). nc (ianuarie 2007) nu exist celule solare pe baz de compu i organici pe pia . Celule pe baz de pigmen i Numite i celule Grtzel utilizeaz pigmen i naturali pentru transformarea luminii n energie electric ; o procedur ce se bazeaz pe efectul de fotosintez . De obicei sunt de culoare mov. Celule cu electrolit semiconductor De exemplu solu ia: oxid de cupru/NaCl. Sunt celule foarte u or de fabricat dar puterea i siguran a n utilizare sunt limitate. Celule pe baz de polimeri Deocamdat se afl doar n faz de cercetare.

Rezervele de materia prim

Ca materie prim de baz siliciul este disponibil n cantit i aproape nelimitate. La celulele solare ce necesit materiale mai speciale cum sunt cele pe baz de indiu, galiu, telur i seleniu situa ia se prezint altfel. La metalele rare indiu i galiu consumul mondial (indiu cca. 850 t, galiu cca. 165 t) dep e te deja de mai multe ori produc ia anul (USGS Minerals Information).

Deosebit de critic este situa ia datorit cre terii accentuate a consumului de indiu n form de indiu oxid de zinc n ecranele cu cristale lichide i cele cu LED organic, precum i utiliz rii de galiu i indiu n produc ia diodelor luminiscente (LED) care se comercializeaz n surse de lumin cu consum mic de energie respectiv ca surs de lumin de fundal n televizoare cu ecran plat. Rezervele de indiu, estimate la 6000 tone(economic exploatabile 2800 tone), se presupune c se vor epuiza deja n acest deceniu .

La seleniu i telur, care e i mai greu de g sit, situa ia pare mai pu in critic , deoarece ambii metaloizi se reg sesec n cantit i mici n n molul anodic rezultat n urma procesului de electroliz a cuprului iar produc torii de cupru utilizeaz doar o parte din n molul rezultat pentru extragerea de telur i seleniu. Rezervele exploatabile economic la seleniu se estimeaz totu i la doar 82000 tone, iar la telur la doar 43000 tone, vizavi de cupru unde se estimeaz la 550 milioane tone!

Concluzie: n acest referat au fost expuse materialele utilizate pentru producerea elementelor solare precum sunt celulele solare i derivaele lor, eficacitatea celulelor produse n dependen de materialul utilizat i posibilit ile utiliz rii materialelor n functie de pre ul i cantitatea lor n natura.