دانلود مقاله سلول های خورشیدی

کریستال سیلیکون سی-اس آی سی-اس آی، اصلی‌ترین ماده تجاری در تولید سلولهای خورشیدی است و به اشکال مختلفی استفاده می شود: سیلیکون های تک کریستالی ، سیلیکون های چند کریستالی و سیلیکون لایه نازک .تکنیکهای مرسوم برای تولید کریستالین سیلیکون شامل : روش چوکرالسکی، روش محدوده شناور و روشهای دیگری نظیر ریخته‌گری می باشد.

زدودن ناخالصیها از سیلیکون اهمیت بسیاری دارد.

این عمل با کمک تکنیکهایی چون منفعل سازی سطح ( با تابش هیدروژن به یک سطح ) و گترینگ ( یک روش شیمیایی که با حرارت دادن ناخالصیها را از سیلیکون بیرون می کشد ) صورت می پذیرد .با اینکه سلولهای خورشیدی با سیلیکون کریستالی ، از سال 1954 وجود داشته اند ، ابتکاری جدید رو به گسترش دارد .

سلولهای جدیدی همچون ( ای دبلیو تی ) ، ( سیس ) از این دسته اختراعات نو هستند .

سلول های خورشیدی با لایه نازک این نوع سلولها از لایه های بسیار نازک مواد نیمه هادی استفاده می کنند که ضخامت آنها چند میکرومتر است.

این لایه روی یک صفحه نگاه دارنده که از مواد ارزان مانند شیشه ، پلاستیک یا فولاد زنگ زن ساخته شده ، قرار می گیرد.

نیمه هادی‌های بکاررفته در لایه های نازک عبارتند از : سیلیکون بی شکل ( آمورف ) ( آ-س آی) ، سی آی اس و تلورید کادمیم ( سی دی-تی ای ) .

سیلیکون آمورف ، ساختار کریستالی مشخص ندارد و تدریجاٌ با قرار گرفتن در برابر نور از بین رفته وکیفیت ابتدایی خود را از دست می دهد.

منفعل سازی به کمک هیدروژن می تواند این اثر را کاهش دهد .

از آنجائی که مقدار مواد نیمه هادی بکار رفته در لایه نازک بسیار کمتر از سلولهای پی وی معمول است، هزینه تولید سلولهای نازک نیز به میزان قابل ملاحظه‌ای کمتر از سلولهای خورشیدی سیلیکون کریستال است .

فن آوریهای گروه سه و پنج این فن‌آوریهای فتوولتائیک که بر اساس عناصر شیمیایی گروه‌های سه و پنج جدول تناوبی ایجاد شده اند، بازده تبدیل انرژی بسیار بالایی را چه در نور عادی و چه در نور متمرکز شده، از خود نشان می دهند.

سلولهای تک کریستالی این دسته معمولاٌ از آرسنید گالیم ساخته می شود.

آرسنید گالیم می تواند همراه با عناصری مانند ایندیم ، فسفر و آلومینیوم ، تشکیل آلیاژهای نیمه رسانایی بدهد که با مقادیر مختلف انرژی نور خورشید کار می‌کنند .

تجهیزات چند تایی با بهره وری بالا در این روش، سلولهای خورشیدی تکی بر روی همدیگر قرار می گیرند تا میزان دریافت و تیدیل انرژی خورشیدی بیشینه شود.

لایه بالایی بیشترین مقدارا انرژی را از نور دریافت کرده و مابقی را عبور می‌دهد تا جذب لایه های بعدی بشوند.

بیشتر فعالیتهای این زمینه از آرسنید گالیم و آلیاژهای آن استفاده می کند.

همچنین از سیلیکون آمورف ، سی آی اس و فسفید ایندیم گالیم نیز بهره گرفته می شود .

با وجود آنکه سلولهای متشکل از دو بخش ساخته شده است، اما بیشترین توجه به سلولهای با سه اتصال و چهار اتصال است.

در این انواع ، موادی چون ژرمانیم که کمترین میزان انرژی نور را نیز دریافت می کند، در پایین‌ترین لایه استفاده می شود .

ساخت سلولهای خورشیدی فاکتورهای متفاوت و مهمی در تولید سلولهای خورشیدی مطرح هستند.

مواد نیمه رسانا عموماٌ با ناخالصیهای مانند بورون یا فسفر تقویت می شوند تا محدوده فرکانسهای نور را که به آن پاسخ می دهند، گسترش دهد.

عملیات دیگری که انجام می شود، شامل منفعل سازی سطحی مواد و بکارگیری پوششهای ضد انعکاس می باشند .

محبوس کردن واحد کامل پی وی در یک پوسته محافظ، گام مهم دیگری در فرآیند تولید است.

سلولهای خورشیدی پیشرفته دیدگاههای پیشرفته گوناگونی مسأله سلولهای خورشیدی را مورد بررسی قرار می دهند.

سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ ، سلولهایی هستند که از یک لایه دی‌اکسید تیتانیوم آغشته به رنگ به جای مواد نیمه رسانایی که در بیشتر سلولهای خورشیدی برای ایجاد ولتاژ استفاده میشود، استفاده میکنند.

چون دی اکسید تیتانیوم به نسبت ارزانتر است، در حال حاضر میتوان از سلولهای خورشیدی پیشرفته تری مانند سلول های خورشیدی پلیمری ( پلاستیکی ) – که مولکولهای کربنی بسیار بزرگی دارند – و سلولهای فوتوالکتروشیمیایی که از آب در مجاورت نور خورشید مستیماٌ هیدروژن تولید می کنند ، نام برد .

توازن اجزاء سیستم باس شامل همه چیز در یک سیستم فوتولتالیک می شود .

این مسأله میتواند در ساختارهای پایه‌ای، تجهیزات ردیابی ، باتریها ، الکترونیک قدرت و دیگر تجهیزات مورد توجه قرار بگیرد.

امروزه بشر با دو بحران بزرگ روبرو است که بیش از آنچه ما ظاهرا تشخیص می دهیم با یکدیگر ارتباط دارند.

از یک طرف جوامع صنعتی و همچنین شهرهای بزرگ با مشکل الودگی محیط زیست مواجهند و از طرف دیگر مشاهده می شود که مواد اولیه و سوخت مورد نیاز همین ماشینها با شتاب روز افزون در حال اتمام است.

اثرات مصرف بالای انرژِی در زمین و آب و هوا آشکارا مشخص می باشدو ما تنها راه حل را در پایین اوردن میزان مصرف انرژی می دانیم ,حال انکه این امر نمی تواند به طور موثر ادامه داشته باشد.توجه و توصل به انرژی اتمی به عنوان جانشینی برای سوختهای فسیلی نیز چندان موفقیت آمیز نبوده است.

صرف هزینه های سنگین و همچنین تشعشعات خطر ناکی که ازنیروگاههای اتمی در فضا پخش شده ,نتیجه مثبتی نداشته است و اگر یکی از این نیروگاهها منفجر شود زیانهای فراوان و جبران ناپذیری به بار خواهد اورد.به علاوه به مشکل اساسی که در مورد مواد سوختی نظیر نفت ,گاز و زغال سنگ داشتیم بر می خوریم بدین معنی که معادن اورانیم که سوخت این نیروگاهها را تامین می کند منابع محدودی هستند و روزی خواهد رسیدکه این ذخایر پایان خواهد یافت و ماده ای که جایگزین ان شود وجود نخواهد داشت.

انرژی خورشیدی : خورشید به عنوان یک منبع بی پایان انرژی می تواند حلال مشکلات موجود در مورد انرژی و محیط زیست باشد.انرژی بدون خطر ...

این انرژی که به زمین می تابد هزاران بار بیشتر از انچه که ما نیاز داریم و مصرف می کنیم ,می باشد.حتی نور کمی که از پنجره به اتاق میتابد دارای انرژی بیشتری از سیم برقی است که به داخل اتاق کشیده شده است.از انرژی خورشیدی می توان استفاده های مهم و کاملا مفید, به عنوان یک انرژی تمیز و قابل دسترس در همه جا استفاده کرد.

اما از نور خورشید به طور مستقیم نمی توان به جای سوخت های فسیلی بهره برد بلکه باید دستگاههایی ساخته شود که بتوانند انرژی تابشی خورشید را به انرژی قابل استفاده نظیر انرژی مکانیکی, حرارتی الکتریسیته و ...تبدیل کنند.

مصارف انرژی خورشیدی : 1)گرم کننده ها مثل ابگرمکن خورشیدی که برای گرمای خانه ها و کوره های خوشیدی که برای ذوب فلزات حتی با دمای بالا نظیر اهن استفاده می شود و دمایی تا حدود 6000درجه سانتی گراد تولید می کنند.

2)دستگاههای اب شیرین کن که توسط اینه هایی نور خورشید را روی مخازن اب متمرکز می کنند تا کار تبخیر را انجام دهد.

3)الکتریسیته خورشیدی در این روش که نسبت به سایر روشها ارجحیت دارد.انرژی الکتریکی به سادگی قابل تبدیل به سایر انرژی ها بوده و می توان ان را ذخیره کرد.

طریقه دریافت الکتریسیته از انرژی خورشیدی : 1) نیروگاه های حرارتی که حرارت لازم توسط اینه هایی که نور خورشید را روی دیگ بخار متمرکز میکنند, تولید میشود.

2} اثر فتوولتایی:در این روش انرژی تابشی مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.قطعاتی که اثر فتوولتایی از خود نشان میدهند به سلول خورشیدی معروفند .

و در حال حاظر بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی با این روش است.در برخی کشورها نیروگاه های فتوولتائیک ساخته شده که برای تولید برق است.

اما بیشترین استفاده از سلولهای خورشیدی در نیروگاه(( فتو ولتائیک50مگاواتی جزیره کرت یونان))است.

اساس کار سلولهای خورشیدی : سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.

از ویژگی های سلولهای خورشیدی میتوان به این موارد اشاره کرد: جای زیادی اشغال نمی کنند .قسمت متحرک ندارند .بازده انها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند.نسبتا به سادگی نصب می شوند.به راحتی با سیستمهای به کار رفته در ساختمان جور می شوند.

همچنین از اشکالات سلولهای خوشیدی می توان به تولید وسایل فتوولتائیک که هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییر می کند که باید ذخیره شود و همین موضوع بسیار هزینه بر است.

کاربردهای سلولهای خوشیدی : 1)تامین نیروی حرکتی ماهواره ها و سفینه های فضایی 2)تامین انرژی لازم دستگاهایی که نیاز به ولتاژهای کمتری دارند مثل ماشین حساب و ساعت 3)تهیه برق شهر توسط نیروگاههای فتوولتائیک 4)تامین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایقهای کوچک "نقاط کوانتومی" ؛ انقلابی که در انتظار صنعت سلولهای خورشیدی است هیچ منبع قدرتی نظیر خورشید وجود ندارد اما تاکنون استفاده از این منبع ارزان و فراوان انرژی عملی نشده است که علت عمده آن گران بودن هزینه تولید و استفاده از سلولهای خورشیدی است.

اکنون به نظر می رسد که فناوری نوینی موسوم به نقاط کوانتومی استفاده از انرژی خورشیدی را برای مصرف کنندگان امکانپذیر سازد.

به گزارش خبرگزاری مهر، سلول های نوری از نیمه هادی ها برای تبدیل انرژی نوری به جریان الکتریکی استفاده می کنند.

در این فرآیند سیلیکن به عنوان عنصر اصلی وظیفه این تبدیل موثر را به دوش می کشد اما سلول های سیلیکنی برای استفاده در سطوح تولید انبوه نسبتا گران هستند.

برخی نیمه هادی های دیگر که می توانند به عنوان فیلم های بسیار باریک مورد استفاده قرار گیرند، وارد بازار شده اند اما گرچه نسبت به سیلیکن ارزان تر هستند با این حال تاثیر گذاری آنها با سیلیکن قابل مقایسه نیست.

اما در کنار سایر فناوری هایی که پیش بینی می شود در سال 2007 ظهور پیدا کنند، ترکیب جدیدی ارایه شده است: برخی شیمی دانان فکر می کنند که نقاط کوانتومی که در حقیقت کریستال های بسیار کوچک نیمه هادی بوده و تنها چند نانومتر قطر دارند، می توانند حداقل استفاده از انرژی خورشیدی را از حیث صرف هزینه اولیه در فرآیند کسب و ذخیره سازی انرژی در مقایسه با استفاده از سایر سوخت ها مقرون به صرفه تر کنند نقاط کوانتومی با استفاده از اندازه منحصربفردشان از قابلیت های مهمی برای برقراری تعامل نوری با منبع نور برخوردار هستند.

در سیلیکن ها، یک فوتون نوری، یک الکترون از مدار اتمی اش رها می سازد.

در اواخر دهه 90 میلادی آرتور نوزیک از محققان ارشد آزمایشگاه ملی منابع تجدید پذیرانرژی در کولورادوی آمریکا بر این فرض بود که نقاط کوانتومی مواد خاص نیمه هادی ها می توانند به هنگام برخورد با فوتون های دارای سطح انرژی بالا دو یا بیشتر الکترون آزاد کنند.

این فرآیند را در پایانه های فوق بنفش و آبی طیف رنگی نیز مشاهده می کنیم.

در سال 2004 ویکتور کلیموف از آزمایشگاه ملی لوس آلاموس در نیومکزیکو نخستین اثبات تجربی را ارایه کرد که نشان داد نظریه نوزیک حقیقت دارد.

سال بعد از آن وی نشان داد که نقاط کوانتومی به ازای هر فوتون می توانند به هنگام قرار گرفتن در معرض نور ماورای بنفش فوق العاده انرژیک، تا هفت الکترون تولید کنند.

تیم تحقیقاتی نوزیک خیلی زود تاثیر شکل گرفته در نقاط کوانومی را که از سایر نیمه هادی ها همچون سولفید سرب نشات گرفته بودند، ثابت کرد.

البته این آزمایشات هنوز به تولید ماده ای مناسب برای استفاده تجاری منجر نشده است اما آنها پیشنهاد می کنند که نقاط کوانتومی روزی می توانند اثرگذاری تبدیل نورخورشید به الکتریسیته را تقویت کنند.

زمانی که بتوان نقاط کوانتومی را با استفاده از واکنش های شیمیایی ساده تولید کرد، پس می توان سلول های خورشیدی را نیز با هزینه ای بسیار کمتر تولید کرد.

محققان آزمایشگاه نوزیک که هنوزنتایج تحقیقاتشان منتشر نشده است، اخیرا تاثیر فوق الکترونی نقاط کوانتومی ساخته شده از سیلیکن را ثابت کرده اند.

استفاده از این نقاط برای استفاده در سلول های خورشیدی در مقایسه با صفحات کریستالی سیلیکنی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، ارزان ترتمام می شوند.

تا به امروز تاثیر فوق الکترونی تنها در نقاط کوانتومی جدا از یکدیگر مشاهده شده است.

در حال حاضر مشکل این است که در یک سلول خورشیدی الکترون ها باید از نیمه هادی خارج و به مدار الکتریکی خارجی وارد شوند.

برخی از این الکترون ها که در هر سلول نوری رها می شوند به صورت غیرقابل اجتنابی « گم » می شوند که در حقیقت از سوی « حفره های » مثبت واقع در نیمه هادی دوباره گرفته می شوند.

در نقاط کوانتومی، این دوباره گرفته شدن بسیار سریعتر از فرآیندی که در قطعات بزرگتر یک نیمه هادی روی می دهد، شکل می