Zakres pasma absorpcji światła przez panel słoneczny
Panele słoneczne cieszą się w ostatnich latach coraz większą popularnością. Są ekonomicznym, ekologicznym i odnawialnym źródłem energii. Panele słoneczne przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną za pomocą specjalnego materiału zwanego ogniwem słonecznym. Ogniwo słoneczne jest wykonane z różnych materiałów, które mogą pochłaniać światło o różnej długości fali.
Absorpcja światła w ogniwach słonecznych z krzemu monokrystalicznego
Krzem monokrystaliczny to wysokowydajny materiał na ogniwa słoneczne. Charakteryzuje się wysokim poziomem czystości i jednolitą strukturą krystaliczną, co pozwala na lepszą ruchliwość elektronów. Ogniwa słoneczne z krzemu monokrystalicznego mają zazwyczaj zakres absorpcji światła 300–1100 nm, przy czym szczytowe pasmo absorpcji znajduje się przy około 780 nm. Oznacza to, że ogniwa słoneczne mogą absorbować większość widma światła widzialnego, a także część światła bliskiej podczerwieni.
Jednakże zauważalny jest spadek efektywności absorpcji powyżej 1100 nm. Wynika to z faktu, że krzem monokrystaliczny jest materiałem pośrednim pasma wzbronionego. Materiały z pośrednim pasmem wzbronionym mają wyższy próg energii umożliwiający przejście elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Oznacza to, że fotony o niższej energii nie mogą być skutecznie absorbowane przez materiał. Dlatego monokrystaliczne krzemowe ogniwa słoneczne nie są w stanie wchłonąć znacznej ilości światła o większej długości fali (o niższej energii).
Absorpcja światła w cienkowarstwowych krzemowych ogniwach słonecznych
Cienkowarstwowe krzemowe ogniwa słoneczne wykonane są z wielu warstw krzemu o różnej grubości i domieszkach. Są zazwyczaj tańsze w produkcji niż ogniwa słoneczne z krzemu monokrystalicznego. Zakres absorpcji światła przez cienkowarstwowe krzemowe ogniwa słoneczne różni się od zakresu absorpcji światła przez monokrystaliczne krzemowe ogniwa słoneczne. Cienkowarstwowy krzem pochłania światło w szerszym zakresie długości fal, szczególnie w zakresie 400 – 800 nm. Oznacza to, że mogą pochłaniać większość widma światła widzialnego, ale nie tyle światła bliskiej podczerwieni, co krzem monokrystaliczny.
Cienkowarstwowe krzemowe ogniwa słoneczne można dalej podzielić na trzy typy: krzem amorficzny (a-Si), krzem mikrokrystaliczny (μc-Si) i krzem nanokrystaliczny (nc-Si). Każdy typ ma inny pasmo wzbronione i zakres absorpcji. Krzem amorficzny ma pasmo wzbronione około 1,7 eV i może absorbować światło w zakresie 300 – 800 nm. Krzem mikrokrystaliczny ma pasmo wzbronione około 1,3 eV i może absorbować światło w zakresie 400–700 nm. Krzem nanokrystaliczny ma pasmo wzbronione około 2,0 – 2,2 eV i może absorbować światło w zakresie 300 – 600 nm.
Podsumowując, monokrystaliczne krzemowe ogniwa słoneczne mają szczytowe pasmo absorpcji zlokalizowane przy około 780 nm i mogą absorbować większość widma światła widzialnego, a także część światła bliskiej podczerwieni. Z drugiej strony cienkowarstwowe krzemowe ogniwa słoneczne mają szerszy zakres absorpcji niż krzem monokrystaliczny, ale mniejszy zakres bliskiej podczerwieni. Specyficzny zakres absorpcji i wydajność zależą od rodzaju cienkowarstwowego krzemu. Niezależnie od rodzaju ogniwa słonecznego, panele słoneczne stanowią zrównoważone i odnawialne źródło energii. Dzięki dalszemu postępowi technologicznemu panele słoneczne będą w stanie zapewnić jeszcze większą ilość energii przy jeszcze większej wydajności.