Ujenergiak.hu - Honlap egy élhetőbb holnapért

A kristályos napelemek

A fotovoltaikus napelemekhez eredetileg kizárólag szilícium alapanyagot használtak, a több évtizedes kísérletezéseknek köszönhetően azonban ma már más anyagokat is alkalmaznak, noha a legtöbb hatásfoka nem éri el a szilíciumkristályos elemek hatékonyságát.

A gyártástechnológia tekintetében alapvetően kétfajta napelemet különböztetünk meg: a kristályos és a vékonyrétegű napelemet.

A kristályos napelem esetében a félvezető a szilícium. A gyártás során nagytisztaságú szilícium tömbökből hasítanak le lapokat, s ezeket egymástól hermetikusan – az esetek jó részében laminálással – elzárják, illetve megfelelő rendszer szerint alumínium csíkokkal összekötik.

Ezzel a gyártástechnológiával készülnek az egykristályos szilícium (Si) napelemek, amelyek egyben a leghatékonyabbak is. A kereskedelemi forgalomban lévő legkorszerűbb panelek hatásfoka 18 százalék, de laboratóriumi körülmények között már a 25 százalékot is elérték, az elméleti határ pedig 31 százalék.

Az ugyancsak szilícium alapú polikristályos Si napelemek gyártása ugyan olcsóbb, de hatásfokuk gyengébb az egykristályos napelemekénél, úgy 14-16 százalék között mozog.

A kristályos napelemek szemmel is könnyen felismerhetők, hiszen a táblákban kapható elemeken jól láthatók a cellákat összekötő alumínium csíkok.

A vékonyrétegű napelemek

A vékonyrétegű napelemek alapanyaga már nem kizárólag szilícium, ami elsősorban a fejlődő gyártástechnológiának köszönhető. A gyártás során a félvezetőt kémiai vagy fizikai eljárással lecsapatják a hordozó felületre, ami az esetek jó részében üveg. Az ilyen napelem távolról felismerhető: egyenletes felületét csak a jobb működés érdekében végrehajtott lézeres bemetszések törik meg.

A jelenleg elterjedt vékonyrétegű napelemek három kategóriába sorolhatók. Az egyre inkább elterjedőben lévő amorf (aSi),

és mikromorf (µSi) szilícium napelemek gyártása során szilán gázból csapatják ki a szilíciumot a hordozó felületre, a hidrogén leválasztásával. Az így készített napelemek hatásfoka jelentősen elmarad a kristályos napelemekétől: az aSi 5-6, a µSi 7-8 százalékot érhet el.

A kadmium-tellurid technológia gyártási és működési elve hasonló. Az előállítás során leginkább alkalmazott VTD gyártástechnológia lényege, hogy igen magas hőfokon porlasztva viszik föl a félvezetőt a hordozó felületre. A technológiában piacvezető First Solar hatalmas szériában olcsón tudja gyártani a 7-8 százalékos hatásfokú napelemet.

A réz-indium-gallium-diszelenid (CIGS)

és a réz-indium-diszelenid (CIS) technológiák jelentik a vékonyrétegű napelemgyártás legújabb vonulatát. A félvezetőt általában fizikai porlasztással (sputtering) viszik föl a hordozóra. A technológia annak ellenére nem terjedt el széles körben, hogy akár 9-12 százalékos hatásfokot is elérnek az így gyártott napelemek. Ennek magyarázata a viszonylagosan magas gyártási költség.

Organikus napelemek

A legújabb kutatások eredményei öltenek testet az organikus, vagy szerves alapanyagú napelemek gyártásában. A jövő technológiájának is nevezett gyártási metódus két irányba fejlődik.

A félvezető organikus polimerek olyan mesterséges molekulaláncok, amelyek a félvezetőkhöz hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, s a felhasználásukkal előállított napelemek működése és gyártása is hasonlatos a vékonyfilmes napelemekhez.

Más irányba indultak el a fényérzékeny festett cellák (dye-sensitised cells, DSC) kifejlesztői, akik a természetet szerették volna utánozni, amikor a fotoszintézishez hasonló eljárást dolgoztak ki. A természetes folyamathoz képest az a különbség, hogy a zöld klorofil helyett általában vöröses festékréteggel nyeletik el napsugárzás fotonjait, és így generálnak feszültséget, s a víz fölbontása helyett vékony fémrétegben (ruténium, titán) hoznak létre elektromos töltést.

Az organikus technológia előnye, hogy nem érzékeny a fény beesési szögére, azaz nem fontos déli tájolásuk, s miután a gyártástechnológia hasonlatos a vékonyrétegű napelem-gyártáshoz, az üveg mellett fémre, de akár műanyagra is fölvihető, azaz széles az alkalmazási terület.

Elméletileg a gyártás is olcsó, hiszen festékszerűen vonhatók be igen nagy felületek, de iparszerű gyártástechnológia még nem született, ezért jelenleg nem tartoznak a legolcsóbb napelem típusok közé.

Jelenleg problémát jelent, hogy átlagosan csak 4 százalék körüli a hatékonyságuk, bár laboratóriumban már sikerült elérni a hat százalékot is. Ennél azonban nagyobb gond, hogy a kristályos és vékonyrétegű napelemek 20-25 évével szemben mindössze 3-5 évig működnek megbízhatóan.

Mindennek ellenére szakértők szerint ez a jövő technológiája, csak ki kell várni a tömeges gyártás beindulását. Hogy erre nagy valószínűséggel nem kell évtizedeket várni, arra garanciát jelenthet, hogy számos világcég fektet komoly összegeket a technológia fejlesztésébe, így például a Total, a BASF vagy a Bosch.

Forrás:
http://napelemek.blog.hu
http://www.pvresources.com/en/history.php
http://histv2.free.fr/selenium/smith.htm
http://www.nahste.ac.uk/isaar/GB_0237_NAHSTE_P0910.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Charles_Fritts