Günes Pilleri Yeni Teknoloji: ince Film SOLAR Panel (Hücre)
Solar paneller en popüler yenilenebilir enerji ikonlar?ndan biridir. Evlerin çat?lar?nda, tarlalarda , bozk?rlarda kurulmu? siyah camlar olarak uzun y?llard?r görülmekte ve kulan?lmaktad?rlar. Ancak 1,7m x 0,8m x 5 cm boyutlar?ndaki solar paneller art?k tarih olabilir. Çünkü yeni nesil daha verimli ve ekonomik güne? panelleri üretilmeye ba?land?. Yeni nesil ince-film fotovoltaik hücrelerin 2010 y?l?nda dünya genelinde 3700 megawatt elektrik üretmesi beklenmektedir.
2010 y?l?ndan sonra ince-film solar paneller tüm dünyada yayg?nla?arak kullan?lacakt?r. Bu makalede ince-film solar panellerin geleneksel panellerden neden daha ucuza üretilebildi?i, neden daha verimli oldu?u ve neden daha esnek bir yap?ya sahip oldu?u incelenecektir.
?nce-Film Solar Hücre Nedir ?
E?er güne? enerjisiyle çal??an bir hesap makinas? kulland?ysan?z ince-film teknolojisiyle tan??m??s?n?z demektir. Hesap makinas?ndaki bu küçük hücre büyük bir yap?da de?ildir. Genelde 2.5 cm uzunlu?unda ve 0,6 cm geni?li?indedir. Hücrenin inceli?i teknoloji karakteristi?ini belirtir. Silikon levhalardan farkl? olarak ???k emici tabakalar 350 mikron kal?nl???ndad?r ve ince-film güne? hücreleri 1 mikron kal?nl???nda ???k emici tabakalar ta??r. 1 mikron metrenin milyonda biridir.
?nce-film güne? hücrelerinin 3 temel çe?idi bulunmaktad?r. Bunlar kullan?lan yar?iletkene göre farkl?l?k gösteren amorf-silisyum (a-Si), kadmiyum tellürid (CdTe) ve bak?r indiyum galyum deselenid (CIGS). Amorf silisyum basitçe geleneksel silisyum hücrelerin inceltilmi?i olarak dü?ünülebilir. Bu yüzden en s?k kullan?lan çe?it a-Si’ dir.
a-Si solar hücrelerle ilgili en büyük problem silisyumun herzaman kolayl?kla ve ihtiyaç kadar bulunamamas?d?r. a-Si solar hücreler verimsiz de?ildir. Ancak güne?e kar?? korunmas?z b?rak?ld?klar?nda ç?k?? güçlerinin önemli bir k?sm?n? kaybederler. Daha ince a-Si hücreler bu sorunun üzerinden gelir ancak ince katmanlar?n ???k emme kapasiteleri azal?r. Tüm bu faktörleri inceledi?imizde a-Si hücrelere hesap makinas? vb gibi küçük çapl? uygulamalar için idealdir.
?nce-film Solar Hücrelerin Yap?lar?
Güne? enerji hücrelerinde yap? ve çal??ma birbiriyle çok ili?kili oldu?u için nas?l çal??t?klar?n? incelemek gerekir.
Fotovoltaik hücreler yar? iletken olarak bilinen materyalden yap?l?rlar. Yar? iletkenler saf halde yal?tkand?rlar. Ancak ?s?t?ld?klar?nda veya ba?ka bir maddeyle kar??t?r?ld?klar?nda iletken konuma geçebilirler. Yar? iletken fosfor gibi bir elementle birle?ti?inde aç??a fazladan elektronlar ç?kar. Bu tip yar? iletkenlere n-tipi yar? iletken denir. Yar? iletken boron gibi ba?ka bir materyalle kar??t?r?l?rsa elektron kabul edebilen delikler aç?l?r. Bu tip yar? iletkenlere ise p-tipi yar?iletken denir.
PV hücre n-tip ve p-tip materyallerin birle?iminden olu?ur. Bu materyallerin birle?me noktas?na junction denir. I??k yokken bile çok az miktarda elektron n-tip’ ten p-tip’ e junction bölgesinden geçerek ula??r. Bu geçi? az miktarda voltaj olu?mas?na neden olur. Ortamda ???k varsa elektronlar?n bu geçi?i daha fazla olacak ve olu?acak ak?m elektrikli cihazlarda kullan?labilecek büyüklü?e ula?acakt?r.
Geleneksel solar hücreler n-tip ve p-tip katmanlarda silisyum kullanmaktad?r. Ancak yeni jenerasyon ince-film hücreler kadmiyum tellürid veya bak?r galyum deselenid kullan?r.
CIGS güne? hücrelerinin iki temel konfigürasyonu vard?r. CIGS-on-glass hücresi daha etkili bir elektrod olu?turmak için molibden katman?ndan yap?lm??t?r.
Bu ekstra katman CIGS-on-foil hücrelerde gerekli de?ildir. Çünkü folyo zaten elektrolid görevi görmektedir. Çinko oksit (ZnO) katman? CIGS hücresinin di?er bir elektrodu i?levini görür.
Yar? iletken malzeme ve kadmiyum sulfid katmanlar? bu iki elektrod katman?n aras?nda yer al?r ve n-tip, p-tip malzeme olarak davran?rlar. Bu n-tip ve p-tip katmanlar sayesinde elektron hareketlerinden ak?m olu?turulabilir.
CdTe güne? hücreleri benzer bir yap?ya sahiptir. Bir elektrod bak?r a??l? karbon katman?ndan olu?ur, di?er elektrod ise kalay oksid (SnO2) veya kadmiyum stanat (Cd2SnO4) olu?ur. Bu tip güne? hücrelerinde ise yar? iletken kadmiyum tellürid olur (CdTe). CdTe hemen yan?ndaki kadmiyum sülfat (CdS) ile n-tip ve p-tip katmanlar? olu?turur.
?nce-film güne? hücrelerini geleneksel güne? hücrelerinin verimlerini kar??la?t?rmak gerekirse ; teorik olarak silisyum tabakal? geleneksel güne? pilleri %50 enerji verimlili?i sa?lar. Bu üzerine dü?en güne? enerjisinin sadece yar?s?n? elektrik enerjisine çevirdi?i anlam?na gelir. Gerçekte ise silisyum tabakal? geleneksel güne? pilleri ancak %15 ~ %25 verimlili?e ula?abilir. Son teknolojik geli?melerle beraber ince-film güne? hücrelerinin verimleride geleneksel güne? hücreleriyle yar??abilir hale gelmi?tir. CdTe güne? hücrelerinin verimi %15, CIGS güne? hücrelerinin verimi ise %20? ye ula?m??t?r.
Bununla beraber kadmiyum kullan?m? sa?l?k aç?s?ndan sak?ncal?d?r. Çünkü kadmiyum yemek zincirine kar??abilecek yüksek derecede zehirli civa maddesinden olu?ur.
?nce-film Solar Hücrenin Üretimi
Maliyetlerin büyüklü?ü güne? enerji teknolojisinin yayg?nla?mas?n?n önünde bir bariyer olarak durmaktad?r. Klasik silisyum güne? hücrelerinin üretimi karma??k, çok zaman alan bir i?lemdir. Bu da watt ba??na üretim maliyetini artt?r?r. Silisyumdan yap?lmayan ince-film güne? hücrelerinin üretimi ise çok daha kolayd?r ve bu özelli?ide üretim engellerini ortadan kald?r?r.
1- Bir alüminyum folyo topu büyük bir pres içine sürülür. Elde edilen alüminyum folyo birkaç metre geni?li?inde ve bir kaç kilometre uzunlu?unda olabilir. Bu özelli?i ürünün birçok farkl? uygulamaya adapte olabilmesini sa?lar.
2- Aç?k hava ?artlar?nda çal??an bir yaz?c? alüminyum tabaka üzerine yar? iletken mürekkepten olu?an bir tabaka olu?turur. Bu üretim ?ekli bir devrim yaratm?? maliyetleri ve üretim süresini önemli ölçüde dü?ürmü?tür.
3- Ba?ka bir pres CdS ve ZnO katmanlar? olu?turur. ZnO ???k yans?tmaz bir tabakad?r. Al?nan tüm güne? ?????n?n yar? iletken tabakaya ula?mas?n? sa?lar.
4- Son olarak haz?rlanan folyo hücreler halinde kesilerek kullan?ma haz?r hale getirilir.
Kaynak: AEnerji