مقدمة لأنواع الخلايا الشمسية المرنة

السيليكون غير المتبلور
تبلغ سماكة البطاريات المرنة من السيليكون غير المتبلور (a-Si) 1/3 0 0 من بطاريات السيليكون البلوري ، مما قد يؤدي إلى تقليل تكلفة المواد الخام بشكل أكبر. كان الاختراق في بطاريات السيليكون المرنة غير المتبلور هو هيكل بطارية كومة الوصلات الثلاثية المقترح في عام 1997 ، مما أدى إلى تحسين كفاءة التحويل والاستقرار ، وحقق كفاءة تحويل مستقرة من 8.0 في المائة إلى 8.5 في المائة.
بأخذ بطارية السيليكون غير المتبلورة المرنة لشركة United Solar Ovonic Company في الولايات المتحدة كمثال ، تشتمل بنية بطارية كومة التوصيل الثلاثي غير المتبلورة من السيليكون غير المتبلور على ثلاث طبقات من طبقات الامتصاص pn الوصلة مع فجوات نطاق مختلفة. تستخدم البطارية العلوية السيليكون غير المتبلور a-Si مع فجوة نطاق تبلغ 1.8 فولت لامتصاص الضوء الأزرق. تستخدم البطارية الوسيطة سبيكة من السيليكون والجرمانيوم a-SiGe مع فجوة نطاق تبلغ 1.6 فولت ، والتي تمتص الضوء الأخضر وتحتوي على محتوى Ge من 10 في المائة إلى 15 في المائة. تمتص سبيكة a-SiGe المصنوعة من السليكون والجرمانيوم مع فجوة نطاق 1.4 فولت للبطارية السفلية 40٪ إلى 50٪ من الضوء الأحمر والأشعة تحت الحمراء ، مع نسبة عالية من Ge. بعد مرور ضوء الشمس عبر الطبقات الثلاث لطبقة امتصاص أشباه الموصلات بدورها ، لا يزال هناك جزء من الضوء لم يُمتص. بعد انعكاسه بواسطة طبقة الانعكاس الخلفي لـ Al / ZnO ، فإنه يعود إلى الطبقات الثلاث لطبقة امتصاص أشباه الموصلات ويخضع لعملية امتصاص أخرى. تلعب طبقة الانعكاس الخلفي دور ملاءمة الضوء. وبهذه الطريقة ، يمكن للبطاريات المرنة المصنوعة من السيليكون غير المتبلور أن تمتص الضوء الوارد والصادر بشكل أكثر فاعلية ، وتحسن كفاءة التحويل وطاقة الإخراج ، وتحقق أداءً أفضل في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة المتناثرة.
اعتبارًا من عام 2016 ، كانت Xunli Solar هي الوحيدة التي تنتج بطاريات ومكونات من السليكون الرقيق المرن غير المتبلور في الصين ، بكفاءة تحويل تبلغ 8-10 في المائة وسماكة إجمالية تبلغ 1.5 مم فقط. في تطبيقات المنتج ، بالإضافة إلى مكونات الأغشية الرقيقة المرنة من لفة إلى لفة ، هناك أيضًا حزم شحن قابلة للطي تعمل على توسيع تطبيق السيليكون غير المتبلور المرن.
نحاس الإنديوم الغاليوم السيلينيوم
في منتصف -1970 ، بدأ الناس في دراسة البطاريات ذات الأغشية الرقيقة المصنوعة من النحاس والإنديوم والغاليوم والسيلينيوم (CIGS). تنتمي أغشية CIGS الرقيقة إلى بلورات كالكوبايرايت ذات فجوات شريطية قابلة للتعديل. نظرًا لمتطلبات الخلايا الشمسية لفجوة نطاق من 1 إلى 1.7 eV ، يمكن تعديل فجوة النطاق لـ CIGS حسب الحاجة عن طريق تغيير محتوى المجموعة III من الكاتيونات In و Ga و Al و Group VI anions Se، S. مقارنة بالنسبة للسيليكون غير المتبلور ، فإن كريستال CIGS به عيوب داخلية أقل وأداء أكثر استقرارًا وعمر وحدة يصل إلى 25 عامًا. أثناء استخدام الوحدة ، يمكن لحركة أيونات النحاس إصلاح العيوب ، لذلك سيستمر أداء الوحدة في التحسن ، على عكس تأثير التحلل الضوئي أو تأثير SW (Staebler Wronskieflect) للسيليكون غير المتبلور.
عضوي
في الخلايا الشمسية الكهروضوئية العضوية (OPV) ، عادة ما يتكون وسط امتصاص أشباه الموصلات العضوية من خليط من المواد المانحة والمقبلة. المواد المانحة جيدة في إعطاء الإلكترونات ، وامتصاص الثقوب ، والحصول على شحنة موجبة بعد الخلط. البوليمرات المقترنة هي مواد مانحة نموذجية. المادة المستقبلة جيدة في امتصاص الإلكترونات وإحداث ثقوب ، ولها شحنة سالبة بعد الخلط. الفوليرين (C60) مادة تقبل نموذجية.
الإكسيتونات هي أزواج من ثقوب الإلكترون ، وهي عبارة عن جسيمات شبه محفزة. بعد التحفيز ، تنفصل الإلكترونات والثقوب ، لكن أزواج ثقب الإلكترون لا تزال تجتذب بعضها البعض من خلال قوة كولوم الإلكتروستاتيكية ، والتي لا يمكن فصلها تمامًا بسبب ارتباط كولوم ، وتشكيل الإكسيتونات. هناك نوعان من الأكسيتونات ، واط
Wannier Mottexcition و Frenkel exciton. توجد إكسايتونات نموذج فارني في أشباه موصلات السيليكون البلورية ، حيث يتم إثارة الإلكترونات في نطاق التوصيل وتشكل الثقوب في نطاق التكافؤ حالات مرتبطة ، مع قوة كولوم ضعيفة تبلغ حوالي {0}. 01 eV. توجد إكسايتونات فرنكل في المواد المانحة في الوسائط العضوية ، وقوة كولوم بينهما قوية ، حوالي 0.3 فولت.