Utangulizi

Teknolojia ya photovoltaic ya jua imeendelea kwa kasi katika muongo uliopita, huku usanifu kadhaa wa seli unaoshindana ukisukuma ufanisi kwa viwango vipya. Makala hii inaelezea kanuni za msingi za kazi za seli za jua, kisha inachambua teknolojia tatu kuu za kizazi kipya zinazounda tasnia leo, na kuhitimisha kwa kuangalia udhibiti wa ubora katika uzalishaji wa seli.

Jinsi Seli za PV za Jua Zinavyofanya Kazi

Seli ya jua hubadilisha mwanga kuwa umeme, lakini si fotoni zote zinazoingia zinazochangia sawa. Kuelewa mahali ambapo nishati inapotea ni hatua ya kwanza kuelekea kujenga seli bora.

• Fotoni zenye nishati chini ya bandgap hazifyonzwi na hupita tu kwenye seli.

• Fotoni zenye nishati juu ya bandgap hufyonzwa na kuzalisha jozi za elektroni-shimo, lakini nishati ya ziada ya fotoni zenye nishati ya juu hupotea kwa sehemu kama joto.

• Utengano wa chaji na usafirishaji wa wabebaji wanaozalishwa husababisha hasara kwenye makutano ya pn.

• Hasara za kuungana tena hutokea wakati wa usafirishaji wa wabebaji.

• Upinzani wa mawasiliano huleta kushuka kwa voltage, na kusababisha hasara za voltage ya mawasiliano.

Kupunguza Hasara za Umeme

• Chagua wafers zenye muundo mzuri wa kioo na aina sahihi.

• Tengeneza mbinu bora za uundaji wa makutano ya pn.

• Tengeneza mbinu bora za upitishaji (passivation).

• Pitisha mbinu za mawasiliano ya chuma zinazofaa.

• Tumia teknolojia bora za uwanja wa uso wa mbele na uso wa nyuma.

Kupunguza Hasara za Macho

Ili kupunguza hasara za macho na kuongeza ufanisi wa seli, sekta imeunda mbinu na teknolojia mbalimbali za kunasa mwanga. Hizi ni pamoja na kuchora uso wa wafa ili kupunguza uakisi, mipako ya kuzuia uakisi kwenye uso wa mbele, mipako ya kuakisi kwenye uso wa nyuma, na kupunguza eneo la kivuli cha gridi.

TOPCon

TOPCon, pia inajulikana kama teknolojia ya mawasiliano iliyopitishwa, inachukuliwa sana kama teknolojia ya kizazi kijacho cha seli za jua baada ya PERC. Ikilinganishwa na teknolojia nyingine mpya zinazowezekana kama HJT na IBC, TOPCon inaweza kuboreshwa moja kwa moja kutoka kwa mistari iliyopo ya PERC au PERT. Kwa hivyo, watengenezaji wanaotaka kuboresha mistari yao ya uzalishaji iliyopo wanahitaji uwekezaji mdogo wa mtaji, huku wakipata faida thabiti ya ufanisi wa karibu 1%.

Upande wa mbele wa seli ya TOPCon kimsingi ni sawa na seli ya kawaida ya N-type au N-PERT, inayojumuisha emitter ya boroni (p+), safu ya upitishaji, na safu ya kuzuia uakisi. Teknolojia ya msingi iko kwenye mawasiliano yaliyopitishwa ya nyuma: nyuma ya wafa hubeba safu nyembamba sana ya oksidi (1–2 nm) pamoja na filamu nyembamba ya silicon iliyochanganywa ya micro/amorphous iliyowekwa fosforasi. Kwa matumizi ya pande mbili, uwekaji metali unafanywa kwa kuchapisha skrini gridi za Ag au Ag-Al mbele na gridi za Ag nyuma.

Mawasiliano yaliyopitishwa ya Oksidi ya Tunnel

Mawasiliano yaliyopitishwa ya Oksidi ya Tunnel (TOPCon) yamevutia umakini mkubwa hivi karibuni kwa sababu yanafikia ufanisi wa juu wa ubadilishaji wa 25.7%. Muundo wa TOPCon unajumuisha oksidi nyembamba ya tunnel na safu ya mawasiliano ya polysilicon iliyowekwa fosforasi (P). Safu ya polysilicon iliyowekwa P inaweza kutengenezwa kwa kuweka fuwele a-Si:H au kwa kuweka polysilicon moja kwa moja kwa kutumia LPCVD. TOPCon inajitokeza kama mgombea mwenye ahadi kati ya teknolojia za seli za jua zenye ufanisi wa juu.

HJT Heterojunction

Teknolojia ya Heterojunction (HJT) ni njia ya utengenezaji wa paneli za jua ambayo imekuwa ikiongezeka katika muongo uliopita. Kwa sasa ni mojawapo ya michakato yenye ufanisi zaidi ya kupeleka ufanisi na nguvu ya pato kwa viwango vya juu, hata kuzidi utendaji wa teknolojia kuu ya PERC ya sekta. Seli za HJT zinachanganya teknolojia mbili tofauti katika moja: silicon ya fuwele na filamu nyembamba ya amofasi. Kutumia teknolojia hizi pamoja kunavuna nishati zaidi kuliko kutumia moja pekee, kufikia ufanisi wa 25% au zaidi.

Muundo wa Seli ya HJT

Kwa kutumia wafa wa monocrystalline kama substrate, filamu ya a-Si:H asilia ya 5–10 nm na kisha filamu ya a-Si:H ya aina ya p huwekwa kwa mfuatano kwenye sehemu ya mbele iliyosafishwa na iliyopigwa mifereji ya wafa, na kutengeneza heterojunction ya p-n. Nyuma ya wafa, filamu asilia ya 5–10 nm na filamu ya a-Si:H ya aina ya n huwekwa ili kuunda uwanja wa uso wa nyuma. Kisha filamu ya oksidi inayopitisha umeme huwekwa, na hatimaye uchapishaji wa skrini huunda elektrodi za chuma za kukusanya juu ya pande zote mbili, na kujenga seli ya jua ya HJT yenye ulinganifu.

Faida za Seli za HJT

• Kubadilika na kukabiliana — Teknolojia hii ilitengenezwa kwa uwezo bora wa uzalishaji hata chini ya hali mbaya ya hewa. Paneli za HJT zina mgawo wa joto wa chini kuliko paneli za kawaida, kuhakikisha utendaji wa juu katika joto la nje la juu.

• Muda unaotarajiwa wa matumizi — Kwa wastani, moduli za PV za filamu nyembamba zinaweza kudumu hadi miaka 25, wakati seli za HJT zinaweza kuendelea kufanya kazi kwa kawaida kwa zaidi ya miaka 30.

• Ufanisi wa juu — Paneli nyingi za heterojunction kwenye soko leo zina ufanisi kati ya 19.9% na 21.7%, maboresho makubwa ikilinganishwa na seli nyingine za kawaida za monocrystalline.

• Kuokoa gharama — Siliconi amofasi inayotumika katika paneli za HJT ni teknolojia ya PV yenye gharama nafuu. Ikilinganishwa na teknolojia nyingine, mbinu hii ya jua ya filamu nyembamba inahitaji muda mfupi wa utengenezaji. Shukrani kwa mchakato wake uliorahisishwa, HJT ni nafuu zaidi kuliko suluhisho mbadala.

Perovskite

Mnamo 2009, vifaa vya perovskite vilitumiwa kwa mara ya kwanza kufikia ufanisi wa photovoltaic wa 4%. Kufikia 2021, seli za jua za perovskite za makutano moja (PSC) zilifikia ufanisi wa 25.5%. Uboreshaji wa haraka wa seli za perovskite umezifanya kuwa nyota inayoinuka katika uwanja wa PV na kuzua shauku kubwa katika taaluma. Kwa sababu mbinu zao za uendeshaji bado ni mpya, kuna fursa nyingi za kusoma zaidi fizikia na kemia ya msingi ya perovskite.

Muundo wa Seli ya Perovskite

Miundo ya kisasa zaidi ya seli za jua za perovskite inategemea vipengele vitano: oksidi inayopitisha umeme, safu ya usafirishaji wa elektroni (ETL), perovskite, safu ya usafirishaji wa mashimo (HTL), na elektrodi ya chuma. Kuelewa na kuboresha viwango vya nishati na mwingiliano wa vifaa tofauti kwenye nyuso hizi ni eneo la utafiti la kusisimua sana ambalo bado linajadiliwa kwa kina.

CaTiO3

Perovskite ni jina la madini, iliyogunduliwa mwaka 1839 na Rose katika madini ya miamba ya Milima ya Ural na kupewa jina la mwanajiolojia wa Kirusi Perovski. Nyenzo za Perovskite huwa na uwezekano mdogo wa kuchanganyika tena kwa wabebaji na uhamaji wa juu wa wabebaji, na kuzifanya kuwa nyenzo bora kwa seli za jua.

Mbinu za Uundaji wa Filamu ya Perovskite

Ufunguo wa kuboresha ufanisi wa ubadilishaji nishati wa seli za jua za Perovskite upo katika kuboresha mofolojia ya filamu. Mbinu za uundaji wa filamu zinazotumiwa kwa kawaida maabara ni uwekaji wa hatua moja au hatua mbili. Ili kukidhi mahitaji ya filamu za Perovskite za eneo kubwa na gharama nafuu, vifaa vya usindikaji kama vile mipako ya slot-die, uchapishaji, na kunyunyizia pia hutumiwa kutengeneza seli za jua za Perovskite.

Mustakabali wa Perovskite

Utafiti wa baadaye juu ya Perovskite unaweza kuzingatia kupunguza kuchanganyika tena kwa njia kama vile upitishaji na kupunguza kasoro, pamoja na kuboresha ufanisi kwa kujumuisha Perovskite zenye pande mbili na nyenzo za kiolesura zilizoboreshwa zaidi. Tabaka za kutoa chaji zinaweza kubadilika kutoka kwa nyenzo za kikaboni hadi zisizo za kikaboni ili kuboresha ufanisi na uthabiti. Kuimarisha uthabiti na kupunguza athari za mazingira bado ni maeneo muhimu.

Udhibiti wa Ubora katika Uzalishaji wa Seli za PV za Jua

Seli za PV za siliconi fuwele ni seli za kawaida katika paneli za jua za kibiashara, zinazochangia zaidi ya 90% ya mauzo ya soko la seli za PV duniani.

Maabara, ufanisi wa ubadilishaji nishati wa seli za siliconi fuwele unazidi 25% kwa seli za fuwele moja na kufikia 20% au zaidi kwa seli za fuwele nyingi. Hata hivyo, moduli za jua zinazozalishwa kiwandani kwa sasa hufikia ufanisi wa 18%–22% chini ya hali za kawaida za majaribio.

Kusafisha na Kuweka Muundo

Uchongaji huondoa safu ya uharibifu wa uso na kuweka muundo kwenye uso ili kuunda muundo wa maandishi unaonasa mwanga na kupunguza hasara za kuakisi. Kupima uakisi wa uso ulio na muundo ni njia muhimu ya kufuatilia mchakato wa kuweka muundo.

Uundaji wa Makutano ya Usambaaji na Kutengwa kwa Kingo

Usambaaji wa joto na mbinu zinazofanana huunda safu ya usambaaji ya aina tofauti ya upitishaji kwenye wafa, na kuunda pn junction. Aina tofauti za seli huweka safu ya ukingaji wa unene fulani kati ya pn junction na wafa ili kupata seli ya jua ya filamu nyembamba yenye ufanisi zaidi. Mchakato huu hasa hufuatilia muda wa maisha ya wachache, unene wa wafa, na fahirisi ya kuakisi.

Uwekaji wa Mipako ya Kuzuia Kuakisi

Ili kuboresha zaidi ufyonzaji wa mwanga, filamu ya kuzuia kuakisi inawekwa juu ya uso wa wafa. Hivi sasa, tasnia hutumia uwekaji wa mvuke wa kemikali ulioimarishwa na plasma (PECVD) kuweka filamu nyembamba kwenye wafa, ambayo wakati huo huo hufanya kama safu ya ukingaji. Katika hatua hii, vipimo kuu ni upitishaji wa filamu ya kuzuia kuakisi na usawa wa upinzani wa karatasi.

Utengenezaji wa Elektrodi

Elektrodi za mistari ya gridi huchapishwa kwa skrini mbele ya seli, wakati uwanja wa nyuma na elektrodi ya nyuma huchapishwa nyuma, ikifuatiwa na kukausha na kuchoma. Wakati wa mchakato huu, udhibiti wa joto, usahihi wa mpangilio, na uwiano wa urefu kwa upana wa mistari ya gridi ni viashiria muhimu vya ufuatiliaji.

Maoni ya Ooitech

ooitech inaamini: TOPCon, HJT, na perovskite kila moja inasukuma ufanisi wa seli za jua mbele kwa njia yake, na udhibiti mkali wa ubora wa uzalishaji ndio unaogeuza teknolojia hizi kuwa moduli za kuaminika na zenye utendaji wa juu.