Sel Suria Filem Nipis--Mengetahui Lebih Banyak Untuk Membeli Sel Solar GaAs Tiga Persimpangan

Pengenalan ringkas

    Sel suria filem nipis  adalah sejenis sel suria  yang dibuat dengan mendepositkan lapisan nipis bahan fotovoltaik ke atas substrat kaca, plastik atau logam. Sel suria filem nipis biasanya jauh lebih nipis daripada wafer yang digunakan dalam sel suria berasaskan silikon kristal konvensional. Sel suria filem nipis dibuat secara komersil dengan salah satu daripada beberapa bahan termasuk kadmium telluride (CdTe), copper indium gallium diselenide (CIGS), dan silikon filem nipis amorfus (a-Si, TF-Si).

    Sel suria sering dikelaskan kepada generasi berdasarkan jenis lapisan penyerap cahaya yang digunakan untuk membuatnya. Sel suria yang paling mantap atau  generasi pertama  diperbuat daripada silikon tunggal atau berbilang kristal. Ini adalah teknologi dominan yang kini digunakan dalam kebanyakan sistem PV solar. Kebanyakan jenis sel suria filem nipis dikelaskan sebagai  generasi kedua , dibuat menggunakan lapisan nipis bahan seperti silikon amorf (a-Si), telurda kadmium (CdTe), kuprum indium gallium selenide (CIGS), atau gallium arsenide (GaAs). Sel suria yang dibuat dengan bahan yang lebih baharu dan kurang mantap dikelaskan sebagai  generasi ketiga atau baru muncul.  sel solar Ini termasuk beberapa teknologi filem nipis yang inovatif, seperti perovskit, pemekaan pewarna, titik kuantum, organik dan CZTS sel suria filem nipis.

    Sel filem nipis mempunyai beberapa kelebihan berbanding sel suria silikon generasi pertama, termasuk lebih ringan dan lebih fleksibel kerana pembinaannya yang nipis. Ini menjadikan ia sesuai untuk digunakan dalam bangunan bersepadu fotovoltaik  dan sebagai bahan kaca fotovoltaik separa lutsinar yang boleh dilaminasi pada tingkap. Aplikasi komersil lain menggunakan panel solar filem nipis tegar (dijalin antara dua anak tetingkap kaca) di beberapa yang terbesar di dunia. stesen janakuasa fotovoltaik . Selain itu, bahan yang digunakan dalam sel solar filem nipis biasanya dihasilkan menggunakan kaedah mudah dan berskala yang lebih menjimatkan kos berbanding sel generasi pertama, yang membawa kepada kesan alam sekitar yang lebih rendah seperti pelepasan gas rumah hijau (GHG) dalam banyak kes. Sel filem nipis juga biasanya mengatasi sumber yang boleh diperbaharui dan tidak boleh diperbaharui untuk penjanaan elektrik dari segi ketoksikan manusia dan pelepasan logam berat.

    Walaupun menghadapi cabaran awal dengan penukaran cahaya yang cekap, terutamanya dalam kalangan bahan PV generasi ketiga, pada 2023 beberapa sel suria filem nipis telah mencapai kecekapan sehingga 29.1% untuk sel GaAs filem nipis simpang tunggal , melebihi kecekapan maksimum 26.1% untuk sel solar generasi pertama simpang tunggal standard. Sel penumpu berbilang simpang yang menggabungkan teknologi filem nipis telah mencapai kecekapan sehingga 47.6% pada 2023.

    Banyak teknologi filem nipis didapati mempunyai jangka hayat operasi yang lebih pendek dan kadar degradasi yang lebih besar daripada sel generasi pertama dalam ujian hayat dipercepatkan, yang telah menyumbang kepada penggunaannya yang agak terhad. Di peringkat global, bahagian pasaran PV bagi teknologi filem nipis kekal sekitar 5% pada 2023. Walau bagaimanapun, teknologi filem nipis telah menjadi lebih popular di Amerika Syarikat, di mana sel CdTe sahaja menyumbang 29% daripada penggunaan skala utiliti baharu pada tahun 2021.

Sejarah

    Penyelidikan awal ke dalam sel suria filem nipis bermula pada tahun 1970-an. Pada tahun 1970, pasukan Zhores Alferov di Ioffe Institute mencipta sel suria gallium arsenide (GaAs), kemudian memenangi hadiah Nobel dalam Fizik 2000 untuk kerja ini dan kerja lain. Dua tahun kemudian pada tahun 1972, Prof. Karl Böer mengasaskan Institut Penukaran Tenaga (IEC) di Universiti Delaware untuk meneruskan penyelidikan suria filem nipis. Institut ini mula-mula menumpukan pada ₂sel kuprum sulfida/kadmium sulfida (Cu S/CdS) dan kemudiannya berkembang kepada filem nipis zink fosfida (Zn ₃P ₂) dan silikon amorf (a-Si) pada tahun 1975. Pada tahun 1973, IEC memperkenalkan rumah berkuasa solar, Solar One, dalam contoh pertama deintegrasi binaan fotovoltan bermastautin yang seterusnya. teknologi filem nipis untuk kegunaan komersial dan aplikasi aeroangkasa meningkat dengan ketara, dengan beberapa syarikat memulakan pembangunan peranti suria filem nipis silikon amorfus. Kecekapan suria filem nipis meningkat kepada 10% untuk Cu ₂S/CdS pada tahun 1980, dan pada tahun 1986 ARCO Solar melancarkan sel suria filem nipis pertama yang tersedia secara komersial, G-4000, diperbuat daripada silikon amorf.

    Pada tahun 1990-an dan 2000-an, sel suria filem nipis menyaksikan peningkatan ketara dalam kecekapan maksimum dan pengembangan teknologi filem nipis sedia ada ke dalam sektor baharu. Pada tahun 1992, sel suria filem nipis dengan kecekapan lebih daripada 15% telah dibangunkan di University of South Florida. Hanya tujuh tahun kemudian pada tahun 1999, Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan AS dan Spectrolab bekerjasama pada sel solar galium arsenide tiga simpang yang mencapai Kecekapan 32% .Pada tahun yang sama, Kiss + Cathcart mereka sel suria filem nipis lutsinar untuk beberapa tingkap di 4 Times Square, menjana tenaga elektrik yang mencukupi untuk menggerakkan 5-7 rumah. Pada tahun 2000, BP Solar memperkenalkan dua sel suria komersial baharu berdasarkan teknologi filem nipis. Pada tahun 2001, sel suria filem nipis organik pertama telah dibangunkan di Universiti Johannes Kepler Linz. Pada tahun 2005, Sel solar GaAs menjadi lebih nipis dengan sel berdiri bebas (tiada substrat) pertama yang diperkenalkan oleh penyelidik di Universiti Radboud.

    Ini juga merupakan masa kemajuan ketara dalam penerokaan bahan solar generasi ketiga baharu yang berpotensi untuk mengatasi had kecekapan teori untuk bahan keadaan pepejal tradisional. Pada tahun 1991, sel suria berkepekaan pewarna berkecekapan tinggi pertama telah dibangunkan, menggantikan lapisan semikonduktor pepejal (aktif) biasa sel dengan campuran elektrolit cecair yang mengandungi pewarna menyerap cahaya. Pada awal 2000-an, pembangunan sel suria titik kuantum bermula, teknologi kemudiannya diperakui oleh Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan pada tahun 2011. Pada tahun 2009, penyelidik di Universiti Tokyo melaporkan sel solar jenis baharu menggunakan perovskit sebagai lapisan aktif dan mencapai kecekapan lebih 3%, membina pada lapisan peroksida Murase Chikao yang mampu menyerap 1999ite cahaya.

    Pada 2010-an dan awal 2020-an, inovasi dalam teknologi solar filem nipis telah merangkumi usaha untuk mengembangkan teknologi solar generasi ketiga kepada aplikasi baharu dan mengurangkan kos pengeluaran, serta peningkatan kecekapan yang ketara untuk kedua-dua bahan generasi kedua dan ketiga. Pada tahun 2015, Kyung-In Synthetic mengeluarkan sel solar inkjet pertama, sel solar fleksibel yang dibuat dengan pencetak industri. Pada 2016, Makmal Elektronik Organik dan Nanostruktur (ONE) Vladimir Bulović di Institut Teknologi Massachusetts (MIT) mencipta sel filem nipis yang cukup ringan untuk duduk di atas buih sabun. Pada 2022, kumpulan yang sama memperkenalkan sel solar filem nipis organik fleksibel yang disepadukan ke dalam fabrik.

    Teknologi suria filem nipis menguasai bahagian pasaran global yang tertinggi 32% daripada penggunaan fotovoltaik baharu pada tahun 1988 sebelum merosot selama beberapa dekad dan mencapai satu lagi kemuncak yang lebih kecil iaitu 17% sekali lagi pada tahun 2009. Bahagian pasaran kemudiannya terus menurun kepada 5% pada tahun 2021 di seluruh dunia, namun teknologi filem nipis menguasai kira-kira 19% daripada jumlah bahagian pasaran AS pada tahun yang sama, termasuk skala 30% pengeluaran pada tahun yang sama.

Soalan Lazim:

Mengapa tidak menggunakan tatasusunan suria yang lebih besar?

Kerana isunya ialah ketidakstabilan, bukan penjanaan tenaga purata.