Considerații privind celulele fotovoltaice de înaltă performanță
George Naghiu, Adrian Buică, Emanuel Megyesi, Cristian Morar
Cercetarea și dezvoltarea din domeniul celulelor fotovoltaice au o direcție clară, impusă de ridicarea eficienței de conversie la peste 50% (chiar până la 70% în viitor), către celule cu multi-joncțiuni, la producerea cărora se folosesc semiconductoare din grupa III-V. La momentul actual, celulele cu triplă joncțiune 3JC III-V au atins eficiențe de 43,5%, în condițiile în care radiația solară este concentrată pe direcția normală la suprafața celulelor, cu valori ale concentrației solare de 925x.
1. INTRODUCERE
În contextul mondial actual, utilizarea surselor regenerabile de energie este atât o prioritate impusă prin reglementările existente la nivel național, european și mondial cât și o necesitate cu dimensiune economică și ecologică.
În acest context, energia solară reprezintă o sursă energetică regenerabilă insuficient exploatată și cu potențial deosebit de ridicat în a constitui o parte importantă a obiectivului 20-20-20. Potențialul energetic solar ridicat, existent pe teritoriul României, impune abordarea strategiei de dezvoltare a potențialului energetic în sensul dezvoltării sistemelor performante de captare a energiei solare.
Dezvoltarea sistemelor de captare a energiei solare înseamnă reducerea gazelor cu efect de seră, reducerea dependenței de importurile de resurse de energie primară, diversificarea surselor de producere a energiei, tehnologiilor și infrastructurii pentru producția de energie electrică în sensul dezvoltării durabile, a siguranței în aprovizionare și a dezvoltării unei industrii bazate pe cunoaștere și inovare, care să creeze locuri de muncă, să contribuie la creștere economică, competitivitate și dezvoltare regională și locală.
Practica utilizării sistemele fotovoltaice la scară mondială aduce în atenția specialiștilor direcția de dezvoltare către utilizarea pe scară largă a celulelor fotovoltaice cu eficiență ridicată, împreună cu sisteme concentratoare și de poziționare automată după soare cât mai eficiente.
2. EFECTUL FOTOVOLTAIC
O celulă fotovoltaică este formată dintr-o joncțiune semiconductoare p-n prevăzută cu o pereche de contacte metalice plasate pe cele două suprafețe libere ale joncțiunii. În urma difuziei purtătorilor mobili de sarcină, din regiunea în care sunt majoritari în cealaltă regiune, în vecinătatea joncțiunii apare un strat de sarcină spațială care produce un câmp electric orientat de la regiunea n către regiunea p.
Sub acțiunea luminii, în regiunile semiconductoare se generează perechi goluri-electroni, iare sub acțiunea câmpului electric al joncțiunii, golurile se deplasează către contactul metalic plasat pe regiunea p, iar electronii către celălalt contact metalic. Între cele două contacte apare astfel o tensiune electrică, fenomen numit efect fotovoltaic (fig.1).
3. TIPURI DE CELULE FOTOVOLTAICE
Cele mai utilizate tipuri de celule sunt la ora actuală cele pe bază de siliciu. Tipurile de celule fotovoltaice existente în funcție de materialul semiconductor folosit sunt:
• Celule pe bază de siliciu:
– Monocristaline, ce sunt tăiate dintr-un cristal mai mare, crescut la aprox. 1400°C (1/3…1/2 mm grosime). Procesul este foarte costisitor. Siliciul trebuie să aibă o puritate foarte mare și o structură aproape perfectă;
– Policristaline, care sunt obținute prin turnarea siliciului. Sunt mai ieftine dar mai puțin eficiente datorită imperfecțiunilor rețelei cristaline rezultată;
– Amorfe, fiind una din tehnologiile de strat subțire ce este obținut prin depunerea unui strat de siliciu pe o suprafață de sticlă sau un polimer. Au cea mai scăzută eficiență.
• Celule pe bază de semiconductoare din elemente din grupa III-V ale tabelului periodic (GaInP, GaInAs, Ge);
• Celule pe bază de semiconductoare din elemente din grupa II-VI (CdTe);
• Celule CIS, CIGS (CuInSe2, Cupru Indiu Galiu Seleniură);
• Celule solare pe bază de compuși organici;
• Celule pe bază de pigmenți;
• Celule hibride, care pot fi combinații ale celorlalte tipuri sau alte materiale.
Articolul integral îl puteți citi în ediția tipărită a revistei Electriciamul nr. 2/2014.
