مواد سلول خورشیدی

انواع مختلفی از مواد برای سلول های خورشیدی وجود دارد، از جمله سیلیکون آمورف، سیلیکون چندبلور، CdTe، CuInxGa ({0}}x) Se2 و سایر نیمه هادی ها، یا عناصر سه، پنج و شش گروه که به یکدیگر متصل شده اند. به طور خلاصه، موادی که پس از روشنایی برق تولید می کنند، موادی هستند که سلول های خورشیدی به دنبال آن هستند.
ایستگاه شارژ خورشیدی خودروهای الکتریکی عمدتاً واکنش و جذب نور را از طریق فرآیندها و روش‌های مختلف تولید آزمایش می‌کند تا به یک پیشرفت انقلابی در ترکیب شکاف انرژی گسترده و اجازه جذب کامل طول موج کوتاه یا بلند اجازه دهد تا هزینه مواد کاهش یابد.
انواع سلول های خورشیدی نیز وجود دارد: نوع زیرلایه یا نوع لایه نازک. بستر را می توان به نوع تک کریستالی تقسیم کرد یا پس از انحلال به بلوک های پلی کریستالی خنک کرد. نوع لایه نازک را می توان بهتر با ساختمان ترکیب کرد. اگر نوع انحنا یا انعطاف پذیر یا نوع تا شده وجود داشته باشد، ماده معمولاً سیلیکون آمورف است. همچنین نوعی تحقیق و توسعه مواد آلی یا نانو وجود دارد که هنوز تحقیق و توسعه آینده نگر است. بنابراین، ما در مورد نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی شنیده‌ایم: نسل اول زیرلایه مبتنی بر سیلیکون، نسل دوم لایه نازک، نسل سوم تحقیق و توسعه مفهومی جدید، و نسل چهارم مواد فیلم کامپوزیت.
نسل اول سلول های خورشیدی دارای طولانی ترین توسعه و بالغ ترین فناوری است. می توان آن را به سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون پلی کریستال و سیلیکون آمورف تقسیم کرد. از نظر کاربرد، سیلیکون مونو کریستال و سیلیکون پلی کریستال بیشترین حجم را داشتند.
سلول های خورشیدی لایه نازک نسل دوم با فرآیند لایه نازک تولید می شوند. این گونه را می توان به کادمیوم تلورید CdTe، مس ایندیم سلنید CIS، مس ایندیم گالیوم سلنید CIGS، گالیوم آرسنید GaAs تقسیم کرد.
بزرگترین تفاوت باتری نسل سوم با باتری نسل قبل، ورود مواد آلی و فناوری نانو در فرآیند ساخت است. سلول‌های خورشیدی فتوشیمیایی، سلول‌های خورشیدی حساس به نور، سلول‌های خورشیدی پلیمری و سلول‌های خورشیدی نانوکریستالی وجود دارند.
نسل چهارم ساخت ساختار چند لایه برای لایه نازکی است که نور باتری را جذب می کند.
برخی از فناوری های ساخت باتری نه تنها یک نوع باتری قابل تولید است. به عنوان مثال، در فرآیند پلی سیلیکون، هم نوع صفحه کریستالی سیلیکونی و هم نوع لایه نازک قابل تولید است.
مواد متداول سلول خورشیدی پلیمری شامل پلی وینیل کاربازول (PVK)، پلی استیلن (PA)، پلی فنیلن وینیلن (PPV) و پلی تیوفن (PTh) است.
(1) پلی وینیل کاربازول (PVK)
در میان پلیمرهایی با فعالیت فوتوالکتریک، PVK اولین کشف شده و کامل‌ترین مورد مطالعه است. گروه جانبی آن دارای یک سیستم کونژوگاسیون الکترونیکی بزرگ است که می تواند نور ماوراء بنفش را جذب کند. الکترون های برانگیخته می توانند آزادانه از طریق مجتمع باری که توسط حلقه کاربازول مجاور تشکیل شده است، مهاجرت کنند. آنها معمولاً با I2، SbCl3، تری نیتروفلوئورنون (TNF) و تتراسیانوکینون مشتق از نیتروستیل بنزن (TCNQ) دوپ می شوند.
(2) پلی استیلن (PA)
PA پلیمر الکترونیکی با بالاترین رسانایی است که تاکنون اندازه گیری شده است. روش های پلیمریزاسیون آن عمدتاً شامل روش Shirakawa Yingshu، روش Namm، روش Durham و سیستم کاتالیزوری خاکی کمیاب است. Yingshu Shirakawa از کاتالیزور Ziegler-Natta با غلظت بالا، یعنی TiOBu4-A1Et3 برای تهیه مستقیم لایه پلی استیلن خود پشتیبانی با درخشش فلزی از استیلن فاز گاز استفاده می کند. فیلم بر روی بستر کریستال مایع جهت‌دار تشکیل می‌شود و فیلم PA نیز بسیار جهت‌دار است. ویژگی روش نارمن این است که کاتالیزور پلیمریزاسیون "در دمای بالا کهنه می شود"، بنابراین خواص مکانیکی و پایداری پلیمر به طور قابل توجهی بهبود می یابد.
(3) پلی فنیلن وینیلن (PPV)
در سال‌های اخیر، مواد PPV بیشترین استفاده را در زمینه الکترونیک نوری دارند و بالاترین راندمان دستگاه را دارند. به دلیل ساختار مزدوج آن، زنجیره مولکولی بسیار سفت و سخت است، اغلب به سختی ذوب و حل می شود و پردازش آن دشوار است. روش به دست آوردن PPV محلول، وارد کردن حداقل یک آلکان با زنجیره بلند به حلقه بنزن است. تعداد آلکان ها باید حداقل 6 باشد. همچنین مشخص شد که حلالیت آلکان های مستقیم با جانشین های منشعب بهتر از آلکان های مستقیم با همان عدد کربن است. ماده نماینده MEH-PPV (MEH؛ 2-متوکسی-5 (2 '- اتیل هگزوکسی)) است که حلالیت خوبی دارد و برای استفاده راحت است. عرض باند ممنوع 2.1eV است که نسبتاً متوسط ​​است.
(4) مشتقات پلی تیوفن (PT).
در میان تمام پلیمرهای مزدوج، پلی تیوفن یک ماده فتوولتائیک بسیار خوب است. به دلیل شکاف نواری مناسب و تحرک سوراخ بالا، در سال های اخیر به یکی از کانون های تحقیقاتی مواد فتوولتائیک آلی تبدیل شده است. در این میان، دستگاه‌های فتوولتائیک با فیلم ترکیبی پلی ({0}}هگزیل) تیوفن (P3HT) ساختار منطقه‌ای و PCBM مشتق از C60 محلول به عنوان لایه فعال، بالاترین راندمان تبدیل انرژی تحت عملیات حرارتی و راندمان تبدیل انرژی را دارند. به حدود 5 درصد رسیده است. از این رو طراحی و سنتز مشتقات پلی تیوفن جدید، بررسی رابطه ساختار و خواص پلی تیوفن و بهبود خواص مشتقات پلی تیوفن از طریق اصلاح ساختاری توجه محققان را به خود جلب کرده است. از منظر مواد فتوولتائیک، این مشتقات پلی تیوفن باید اساسی ترین خواص را داشته باشند: حلالیت خوب و تشکیل فیلم، طیف جذب گسترده (به ویژه در ناحیه نور مرئی) و تحرک حامل بالا.