سلول خوشیدی چیست؟چگونه پنل خورشیدی بسازیم؟

سلول خورشیدی چیست ? در سالهای اخیر توجه به انرژی های تجدید پذیر نظیر انرژی باد، آب و استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع پاک و تجدید پذیر از انواع انرژی، اهمیت زیادی پیدا کرده است و دولت های مختلف سرمایه گذاری های عمده ای را در جهت بهره وری هر چه بیشتر از انرژی های مذکور انجام داده اند.انواع سلول های خورشیدی و روش ساخت آنها از جمله مواردیست که در ادامه قصد پرداختن به آن را داریم پس در ادامه متن با ما همراه باشید.

سلول خورشیدی چگونه کار می کند؟

این پنل ها در واقع صفحاتی هستند که از تعداد زیادی سلول فوتو ولتائیک تشکیل شده اند.این سلولها نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کنند و عمدتا از مواد نیمه هادی نظیر سیلیکون ساخته شده اند.نور خورشید به صورت فوتون به صفحات مذکور برخورد کرده و سبب انتقال الکترون ها بین صفحات مثبت و منفی موجود در صفحات مذکور می گردند. در نهایت الکترون ها از طریق سیم به منبع ذخیره منتقل خواهند شد.نکته مهم این است که پنل های مذکور برق مستقیم تولید میکنند در حالیکه برق ایده آل برای مصارف شهری و عمومی برق متناوب است.تبدیل مذکور را از طریق اینورتر هایی انجام می دهند تا الکتریسیته تولید شده برای استفاده های عمومی و خانگی مناسب شود.

بیشتر بخوانید :

توربین بادی چیست و چگونه کار می کند؟

انواع سلولهای خورشیدی :

سه دسته بندی کلی برای این تجهیزات وجود دارد که شامل موارد زیر است:

• مونو کریستالی
• پلی کریستالی
• فیلم نازک

نوع مونو و پلی کریستالی ساختار یکسانی دارند به این صورت که سلول های جاذب که عمدتا از جنس سیلیکون به عنوان یک نیمه هادی هستند به صورت ردیفی و ستونی در کنار هم قرار گرفته و روی آنها با یک لایه شیشه ای نازک پوشانده می شود.این نوع از پنل ها رایج ترین نوع پنل های خورشیدی هستند که شکل مستطیلی دارند.برای ساخت پنل های فیلم نازک نیز می توان از سیلیکون غیر بلوری استفاده کرد.همچنین می توان از فیلم های تلوراید کادمیوم نیز به عنوان نیمه هادی استفاده کرد که با لایه نازکی از شیشه به جهت محافظت بیشتر پوشانده شده است.

در مقایسه بین صفحات مذکور می توان این نکات را ذکر کرد که نوع مونو کریستالی بازدهی مناسبی در حدود 21 درصد داشته ولی از نظر وزن و هزینه تمام شده ساخت نسبت به نوع فیلم نازک و  گران تر و سنگین تر  می باشد. نوع پلی کریستالی اما بازدهی کمتر و در عوض قیمت پایین تری نسبت به نوع مونو دارد.در نهایت نوع فیلم نازک، قیمت ارزان تر، سهولت بیشتر در جا به جایی داشته ولی در عوض بازدهی پایین تری دارد.

از نظر شکل ظاهری نیز نوع مونو کریستالی دارای سلولهای خوشیدی استئانه ای شکل با لبه های گرد هستند در حالی که در نوع پلی، سلول های مذکور دارای گوشه های لبه دار می باشند و میزان سیلیکون آنها نیز کمتر است

مراحل ساخت پنل های خورشیدی :

مورد توجه قرار گرفتن این سلول ها در سال های اخیر و پژوهش های آزمایشگاهی فراوان بر روی این مواد منجر به تولید نسل های مختلفی از این سلول ها گشته است.در اینجا به ساخت یک سلول نسل سوم با کمک ذرات کوانتومی می پردازیم.

مرحله ی اول:

انتخاب بستر: بستری که لایه نشانی بر روی آن صورت می گیرد می تواند پلیمری، شیشه های پوشش داده شده با اکسید ایندیوم قلع ( ITO ) و یا قلع اکسید همراه با فلوئور (FTO) باشد. بستر های ذکر شده را می توانید از بیرون تهیه نمایید و یا با کمک روش های تخصصی سل ژل، بخارات شیمیایی (CVD) ، لیزر و… مواد شیمیایی مذکور را بر روی شیشه نشست دهید.
شیشه ها را بعد از اتمام کار نیز می توانید با هیدروکلریک اسید ، اتانول و آب مورد شست و شو قرار دهید و مجددا استفاده نمایید.

مرحله ی دوم:

افزایش حساسیت بستر فتوآند: برای این منظور بستر را با اکسید های فلزی مانند تیتانیوم دی اکسید و روی اکسید پوشش می دهند تا سطح فتو آند به نور خورشید حساس تر گردد . برای استفاده از تیتانیوم دی اکسید به دلیل پایداری پایین و گاف انرژی بزرگ ابتدا آن را بهبود می دهند تا میزان جذب نقاط کوانتومی را افزایش دهند و در ناحیه ی مرئی قرار بگیرد. معمولا برای این کار از گرافن کمک می گیرند.

مرحله ی سوم:

انتخاب نیمه هادی: برای ساخت سلول خورشیدی از نیمه هادی ها با باند گپ مناسب استفاده می نمایند. برای کاتد از نیمه هادی نوع p و برای آند از نیمه هادی نوع  n ( به دلیل خاصیت دهندگی الکترون) کمک می گیرند. با کمک این جدول می توانید نوع n  و p بودن نیمه هادی ها را تشخیص دهید.

مرحله چهارم:

لایه نشانی : نیمه هادی های مذکور را به کمک یکی از تکنیک های زیر پوشش می دهند:

• روش جذب و واجذب متوالی یون ها (سیلار)
• روش حمام شیمیایی (CBD)
• قطره چکان
• بخارات شیمیایی (CVD)

و…

توجه به این نکته ضروری است که لایه نشانی فتوآند بر روی بستری از اکسید های فلزی و لایه نشانی فتوکاتد بر روی فلز، پلیمر، شیشه های FTO ،ITO و… بدون اکسید های فلزی صورت می پذیرد.
باید لایه نشانی بر روی شیشه های ITO و FTO در قسمت رسانای آن صورت پذیرد (به دلیل آنکه تنها بر یک سمت از شیشه های FTO  و ITO  لایه نشانی اکسید قلع اعمال گردیده و رسانا شده است باید به وسیله ی  اهم متر قسمتی که دارای مقاومت است را علامت زد و لایه نشانی را در همان سمت رسانای شیشه اعمال نمود).

مرحله ی پنجم:

کوپل کردن فتوکاتد و فتو آند ساخته شده

از منطقه ای که لایه نشانی بر روی سل های آند و کاتد انجام پذیرفته است ، سل ها را روی هم قرار می دهیم و با لحیم کاری و یا سیم آن ها را به هم اتصال می دهیم و در نهایت الکترولیت را برای بهبود جریان الکتریکی به درون سل تزریق می نماییم. آب بندی سل باید با دقت انجام پذیرد زیرا در اثر گرما امکان تبخیر الکترولیت وجود دارد.توصیه می شود برای ساخت الکترولیت از حلال هایی استفاده نمایید که دارای نقطه ی جوش بالایی می باشند. مرسوم ترین الکترولیت مورد استفاده پتاسیم یدید می باشد. اما برای سلول های خورشیدی ساخته شده با مواد معدنی و بستر تیتانیوم دی اکسید به دلیل به دام افتادن پتاسیم یدید در بستر و خوردگی سطح ،از الکترولیت های پلیمری مانند پلی سولفیت کمک می گیرند.

در هنگام تابش نور شاهد انتقال الکترون از نیمه هادی نوع n به p خواهیم بود و در اثر همین جریان، برق تولید می گردد.

میزان ولتاژ و جریان الکتریکی تولیدی توسط سلول های خورشیدی را توسط تکنیک های الکتروشیمیایی بررسی می نمایند. از جمله ی این تکنیک ها می توان به ولتامتری خطی، کرنوآمپرومتری، کرنوپتانسیومتری و امپدانس اشاره نمود. برای بررسی میزان حساسیت سل به نور خورشید از شبیه ساز های نوری کمک می گیرند. در صورت در دسترس نبودن این شبیه ساز ها می توان با کمک لامپ های مرئی و یا ال ای دی به بررسی میزان حساسیت سل به نور و تاریکی در هنگام خاموش و روشن کردن لامپ پرداخت.

امیدواریم با مطالعه ی مطلب گفته شده سلول خورشیدی مورد نظر خود را در آزمایشگاه تهیه نمایید.