نحوه ساخت و تولید انواع سلول خورشیدی

نحوه ساخت سلول های خورشیدی سیلیکونی نوع P و نوع N

در این مطلب می خواهیم نحوه ساخت پر کاربردترین سلول خورشیدی را بیان کنیم. معروف ترین و پرکاربردترین سلول های خورشیدی تجاری شده سلول های سیلیکونی می باشند. سلول های همه ی سل های کریستالی ( تکی و چندتایی ) توسط یک ویفر بسیار نازک با پایه ی سیلیکون با دو نوع اصلی P(پلاریته +) و N(پلاریته -) ساخته شده اند . این نوع سلول ها زمانی ساخته می شوند که سیلیکون با یک عنصر شیمیایی خاص برای ساخت بار مثبت p-type و بار منفی n-type واکنش دهد .

سیلیکون های نوع n برای سازنده گران تر هستند اما عملکرد بهتری دارند و میزان تخریب آنها در برابر نور کمتر بوده و به علاوه اینکه ضریب دمای آنها پیشرفته تر است .

عناصر شیمیایی که برای واکنش استفاده می شوند عبارتند از : فسفر که بار مثبت را ایجاد می کند و بور که نتیجه اش بار منفی است . بسته به ساختار سلول چه نوع n باشد و چه نوع p سیلیکون به عنوان بستر یا پایه ی سلول استفاده می شود .

اکثریت سلول های تک و چند کریستالی که امروزه استفاده می شوند از نوع P  هستند که پایه ی سیلیکون واکنش داده با بور هستند . در حال حاضر تنها چند تولید کننده همچون LG  ، Panasonic  و Sun power از ویفرهای سیلیکونی نوع n  بیشتری استفاده می کنند و همچنین شرکت های بیشتری شروع به ارتقا سلول های نوع n کرده اند.

نوع N : دارای بار منفی که در اثر واکنش سیلیکون با فسفر ایجاد شده است

نوع P : دارای بار مثبت که در اثر واکنش سیلیکون با بور ایجاد شده است

هر دو مدل سلول ها از ترکیبی از سیلیکونهای نوع n و نوع p که با هم پیوند P-N تشکیل می دهند استفاده می کنند که این برای عملکرد یک سلول خورشیدی از موارد اساسی هست .

تفاوت سلول نوع p در استفاده از عنصر بور با سیلیکون است که به عنوان پایه با یک لایه ی خیلی نازک از سیلیکون نوع n استفاده می شود. در حالیکه سلول های نوع n برعکس هستند و یک پایه سلیکون نوع n با یک لایه نازک نوع p استفاده می شوند .

شماتیک سلول خورشیدی نوع P

همان طور که توضیح داده شد  سیلیکون های نوع p و نوع n در کنار یکدیگر قرار داده می شوند تا پیوند p-n  را که می شناسیم شکل بدهند . این پیوند یک میدان الکتریکی ایجاد می کند که جریان الکتریکی را در زمان تابش اشعه خورشید از سلول عبور می دهد . اثر فتوولتائیک مختص زمانی است که فتون های نور ( انرژی) الکترون ها را از سیلیکون آزاد می کنند و جریان الکتریسیته را می سازند .

شماتیک سلول خورشیدی نوع N

همانطور که از روی عکس مشخص است؛ تنها تفاوت سلول های خورشیدی نوع N با نوع P در نسبت ضخامت لایه P-N می باشد. حال که با نحوه ساخت این دو نوع سلول خورشیدی آشنا شدیم می توانیم به مقایسه آنها بپردازیم

مقایسه سلول خورشیدی نوع N و P

با توجه به ترکیبات طبیعی و مواد در سلول های نوع N، عملکرد بهتر و بیشتری دارند که دلیلش داشتن تحمل بیشتر در مقابل ناخالصی ها و وجود نقص ها و مشکلات کمتر که بازده کل را بیشتر می کند میباشد .

علاوه بر این سلول های نوع N تحمل بیشتری در مقایسه با هر دو نوع تکی و چند سلولی نوع P در مقابل دما دارند . از آن مهم تر سلول های نوع N مشکلات نوری LID  (تخریب ناشی از نور ) به علت داشتن بور اکسیژن که سلول های نوع P فاقد آن هستند را ندارند اما سلول های نوع P این مشکل را دارند

• ناخالصی های کمتر در بستر سلول نوع N
• عملکرد بهتر در دماهای بالا
• تخریب پایین LID

بررسی هزینه در برابر کارآیی و بازده سلول خورشیدی

سلول های نوع n گران تر هستند زیرا از فرآیند انتشار بور برای اضافه کردن لایه نازک نوع p بنام “امیتر” استفاده می کنند .

این فرایند انتشار ، پیچیده تر است و نیاز به دمای بیشتری نسبت به سلول نوع P که انتشار فسفر هست دارد . همچنین سیلیکون های نوع n به دلیل داشتن خلوص بیشتر که بازدهی بیشتر ، زیان کمتر و تضعیف بسیار کم را در طول زمان ایجاد می کند گران تر هستند که این باعث تولید و عملکرد بهتر و بیشتر و بازپرداخت بهتر می شود .