Budowa ogniwa fotowoltaicznego

  • -

Budowa ogniwa fotowoltaicznego

Ogniwo fotowoltaiczne jest elementem półprzewodnikowym, w którym zachodzi konwersja fotowoltaiczna, czyli bezpośrednia zamiana energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego

Ogniwo fotowoltaiczne składa się z następujących elementów:

  • płytki krzemowej mono- lub polikrystalicznej w której wytworzono złącze p-n.
  • elektrody przedniej i tylnej (przednia powinna być ukształtowana tak, aby jak najwięcej promieniowania mogło do obszaru złącza.
  • pokrywającej przednią część ogniwa warstwy antyodblaskowej.

Etapy produkcji ogniwa fotowoltaicznego

Proces produkcji ogniwa fotowoltaicznego składa się z kilku etapów. Pierwszym z nich jest przygotowanie powierzchni płytek krzemowych. Płytki poddawane są odtłuszczaniu, czyszczeniu, polerowaniu i trawieniu za pomocą wodorotlenku sodu (także możliwe jest trawienie suche za pomocą wiązki plazmowej) później płukaniu kwasem solnym lub azotowym. Kolejnym krokiem jest tworzenie złącza p-n. Złącze p-n otrzymuje się wprowadzając do wcześniej przygotowanej bazy domieszkę akceptorową a złącze n-p jest wytwarzane poprzez dyfuzję domieszki do płytki bazowej. Następnym etapem wytwarzania ogniw jest pasywacja powierzchni krzemu czyli uodparnianie powierzchni na działanie kwasów utleniających. Pozytywnym zjawiskiem pasywacji jest zwiększenie wydajności napięcia obwodu, mianowicie możliwość wygenerowania większej różnicy potencjałów(napięcia) oraz mniejsza stratność przy przepływie prądu wygenerowanego przez ogniwo. Krzem pasywować można warstwą tlenku krzemu SiO2, powstała wskutek utleniania jego powierzchni. Taką cienką warstwę krzemu można otrzymać poprzez wygrzewanie płytki krzemowej w strumieniu gazu obojętnego.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego - konstrukcja oraz etapy produkcji

Budowa ogniwa fotowoltaicznego – konstrukcja oraz etapy produkcji

Przedostatnim etapem wytwarzania ogniw jest metalizacja czyli nakładanie warstwy metali na powierzchnię w celu zabezpieczenia jej przed korozją lub ścieraniem. Na ogniwo fotowoltaiczne po obu stronach nanosi się metalowe kontakty. Elektroda przednia ma kształt delikatnej siatki, aby ograniczyć do minimum przysłonięcie powierzchni światłoczułej, natomiast szyna zbiorcza ogniwa jest w procesie konstruowania modułu łączona za pomocą lutowanych pasków miedzianych z z elektrodą tylną sąsiedniego ogniwa. Warstwy metaliczne w ogniwie powinny mieć omowe kontakty z krzemem o małej rezystancji kontaktowej, a także dobrą przyczepność do powierzchni krzemu i dobre własności lutownicze. Istnieją jeszcze ogniwa z kontaktami tylnymi, umiejscowionymi na dolnej powierzchni ogniwa. Pozwala to na całkowite wykorzystanie powierzchni światłoczułej oraz ograniczenie przerw między ogniwami. Ostatnim stadium a zarazem jednym z najważniejszych jest osadzenie warstwy przeciwodbiciowej. Wartość współczynnika odbicia światła od powierzchni krzemu wynosi aż od 33 – 54 % czyli aż około 50 % promieniowania słonecznego, z którego produkowany jest później prąd jest odbijany od powierzchni. Aby zminimalizować ten współczynnik nakłada się warstwy antyrefleksyjne na powierzchnię ogniwa. Warstwy antyrefleksyjne wykonane są głównie z tlenku krzemu SiO2 i mniejszej ilości tlenku tytanu TiO2. Z reguły stosuje jedną lub dwie warstwy antyrefleksyjne. Jednak najlepsze efekty dają wielowarstwowe pokrycia przeciw odbiciowe np. warstwy siarczku cynku ZnS i fluorek magnezu MgF2.