Startsida
Teknik
Utveckling Framtiden Solföljare Referenser

E-post Björn

Länkar

Förbättring och utveckling

Man kallar strömvärdet vid spänningen noll för kortslutningsströmmen, Ik, och spänningen vid strömmen noll för tomgångsspänningen, Vt,. Av kurvan i fig 5 framgår att Vt förändras mycket litet med ljusintensiteten medan Ik däremot är kraftigt beroende av denna parameter. Vid konstant temperatur är kortslutningsströmmen Ik direkt proportionell mot ljusintensiteten. Storleken på den effekt solcellen genererar är produkten av cellspänning och cellström. I figur 6 illustreras denna produkt som ytan av en rektangel med ett hörn på I-v kurvan. Maximal effekt, uppnås då spetsen ligger på kurvans knä. Ström och spänningsvärdena för maximal effekt brukar betecknas Im, Vm.

Skilda cellfabrikat har olika skarpa knän. Ett mått på knäets skärpa för solceller är den så kallade fyllnadsfaktorn, FF som definieras:
FF = Im * Vm / Ik * Vt
fig 5 Ström-spänningskurvor för en solcell vid olika fig 6 schematisk representation av maximala belysningsintensiteter.
Den streckade kurvan visar effekten för en solcell vid en viss belysning och sammanbinder de optimala belastningspunkterna vid respektive instrålningsnivå.

För att uppnå maximal effekt från en solcell skall tre faktorer optimeras: Vt, Ik, och FF. Dessa storheter är inte oberoende av varandra. För ett högt värde på tomgångsspänningen Vt krävs hög dopning i p-skiktet. Detta försämrar å andra sidan livslängden hos laddningsbärarna, vilket leder till lägre värde på Ik.

Anledningen till den låga verkningsgraden är:
-Fotoner med energi lägre än bandgapet, för kisel 1,1V absorberas inte. Lågenergidelen i solens spektrum utnyttjas därför inte alls.

-Av energiinnehållet i de fotoner som absorberas tillgodogörs i kislets fall bara 1,1V medan resten övergår i värme.

-Kiselcellens spänning är begränsad till ungefär 0,65V. Detta leder till att man av 1,1V bara får ut 0,65 / 1,10 = 0,6V.

Dessa faktorer innebär sammantaget att den rent teoretiskt möjliga verkningsgraden för en kiselcell är 29%.

Huvuddelen av den pågående forskningen behandlar emellertid andra material och celltyper. Orsaken är att kiselteknikens utvecklingsmöjligheter är begränsade på två viktiga punkter:

-Kisel absorberar ljus jämförelsevis svagt och kiselceller måste därför vara tjocka. Materialåtgången blir hög och sätter därmed en undre gräns för hur billiga kiselceller kan bli.

-Kisel är inte en för solcellstillverkning helt optimal halvledare och verkningsgraden är begränsad.

När det gäller sökandet efter nya solcellsmaterial är fältet ganska brett. Enkla halvledare det vill säga sådana som består av endast ett grundämne är mycket få. I solcellssammanhang har forskarna haft anledning att inventera möjliga material för att finna sådana som har hög ljusabsortion och lämpligt bandgap och som kan tillverka till ett lågt pris och på ett enkelt sätt. Ett närmare studium visar emellertid att de flesta kandidaterna påminner om kisel.

Andra celltyper än del traditionella kiselcellen, som innehåller en pn-homoövergång, kan bygga på potensialbarriärer av annat slag.

I en pn-homoövergång har ett halvledarmaterial ena sidan dopad med så kallad acceptorer (p-typ) och den andra sidan dopad med så kallad donatorer (n-typ). I övergången mellan de båda sidorna utbildas potentialbarriären.

Potentialbarriären kan även vara en pn-hetroövergång, där p- respektive n-sidan består av olika halvledarmaterial.

En potentialbarriär bildas också mellan en metall och en halvledare (så kallad schotty-barriär).

I en MIS-barriär (Metal-Insulator-Semi-Conductor) finns dessutom ett 1a`2 nm tjockt oxidlager (isolator) mellan metallen och halvledaren. I en SIS-barriär ersätts metallen i en MIS-barriär med en genomskinlig halvledare med stort bandgap.