Обхват на лентата за поглъщане на светлина от слънчевия панел
Слънчевите панели стават все по-популярни през последните години. Те са рентабилен, екологичен и възобновяем източник на енергия. Слънчевите панели преобразуват слънчевата светлина в електричество с помощта на специален материал, наречен слънчева клетка. Слънчевата клетка е направена от различни материали, които могат да абсорбират различни дължини на вълната на светлината.
Поглъщане на светлина в монокристални силициеви слънчеви клетки
Монокристалният силиций е високоефективен материал за слънчеви клетки. Има високо ниво на чистота и еднаква кристална структура, което позволява по-добра мобилност на електроните. Монокристалните силициеви слънчеви клетки обикновено имат обхват на абсорбция на светлина от 300 – 1100 nm, като пиковата лента на абсорбция е около 780 nm. Това означава, че слънчевите клетки могат да абсорбират по-голямата част от спектъра на видимата светлина, както и част от близката инфрачервена светлина.
Има обаче забележим спад в ефективността на абсорбция над 1100 nm. Това се дължи на факта, че монокристалният силиций е материал с непряка лента. Материалите с индиректна забранена лента имат по-висок енергиен праг за преместване на електроните от валентната лента към проводимата зона. Това означава, че фотони с по-ниска енергия не могат да бъдат абсорбирани ефективно от материала. Следователно монокристалните силициеви слънчеви клетки не са в състояние да абсорбират значително количество светлина с по-дълга дължина на вълната (по-ниска енергия).
Поглъщане на светлина в тънкослойни силициеви слънчеви клетки
Тънкослойните силициеви слънчеви клетки са направени от множество слоеве силиций с различна дебелина и добавки. Те обикновено са по-евтини за производство от монокристалните силициеви слънчеви клетки. Диапазонът на поглъщане на светлина на тънкослойните силициеви слънчеви клетки е различен от този на монокристалните силициеви слънчеви клетки. Тънкослойният силиций абсорбира светлина в по-широк диапазон от дължини на вълните, по-специално в диапазона от 400 – 800 nm. Това означава, че те могат да абсорбират по-голямата част от спектъра на видимата светлина, но не толкова от близката инфрачервена светлина, колкото монокристалния силиций.
Тънкослойните силициеви слънчеви клетки могат допълнително да бъдат категоризирани в три типа: аморфен силиций (a-Si), микрокристален силиций (μc-Si) и нанокристален силиций (nc-Si). Всеки тип има различна ширина на лентата и диапазон на поглъщане. Аморфният силиций има ширина на забранената лента от около 1,7 eV и може да абсорбира светлина в диапазона от 300 – 800 nm. Микрокристалният силиций има ширина на лентата от около 1,3 eV и може да абсорбира светлина в диапазона от 400 – 700 nm. Нанокристалният силиций има ширина на лентата от около 2,0 – 2,2 eV и може да абсорбира светлина в диапазона от 300 – 600 nm.
В заключение, монокристалните силициеви слънчеви клетки имат пикова лента на поглъщане, разположена при около 780 nm, и могат да абсорбират по-голямата част от спектъра на видимата светлина, както и част от близката инфрачервена светлина. Тънкослойните силициеви слънчеви клетки, от друга страна, имат по-широк обхват на абсорбция от монокристалния силиций, но не толкова много близка инфрачервена светлина. Специфичният диапазон на абсорбция и ефективността зависят от вида на тънкослойния силиций. Независимо от вида на слънчевата клетка, слънчевите панели осигуряват устойчив и възобновяем източник на енергия. С по-нататъшния напредък в технологиите слънчевите панели ще могат да осигурят още по-голямо количество енергия с още по-голяма ефективност.