Ffynhonnell: www.energy.gov
Pan fydd golau yn tywynnu ar gell ffotofoltäig (PV) - a elwir hefyd yn gell solar - gall y golau hwnnw gael ei adlewyrchu, ei amsugno, neu basio i'r dde trwy'r gell. Mae'r gell PV yn cynnwys deunydd lled-ddargludyddion; mae'r “lled” yn golygu y gall ddargludo trydan yn well nag ynysydd ond nid cystal â dargludydd da fel metel. Defnyddir sawl deunydd lled-ddargludyddion gwahanol mewn celloedd PV.
Pan fydd y lled-ddargludydd yn agored i'r golau, mae'n amsugno egni'r golau ac yn ei drosglwyddo i ronynnau â gwefr negyddol yn y deunydd o'r enw electronau. Mae'r egni ychwanegol hwn yn caniatáu i'r electronau lifo trwy'r deunydd fel cerrynt trydanol. Mae'r cerrynt hwn yn cael ei dynnu trwy gysylltiadau metel dargludol - y llinellau tebyg i grid ar gelloedd solar - ac yna gellir ei ddefnyddio i bweru'ch cartref a gweddill y grid trydan.
Effeithlonrwydd cell PV yn syml yw faint o bŵer trydanol sy'n dod allan o'r gell o'i gymharu â'r egni o'r golau sy'n tywynnu arni, sy'n nodi pa mor effeithiol yw'r gell wrth drosi egni o un ffurf i'r llall. Mae faint o drydan a gynhyrchir o gelloedd PV yn dibynnu ar nodweddion (megis dwyster a thonfeddi) y golau sydd ar gael a phriodoleddau perfformiad lluosog y gell.
Eiddo pwysig lled-ddargludyddion PV yw'r bandgap, sy'n nodi pa donfeddi golau y gall y deunydd eu hamsugno a'u trosi'n egni trydanol. Os yw bandgap y lled-ddargludyddion yn cyd-fynd â thonfeddi golau sy'n tywynnu ar y gell PV, yna gall y gell honno wneud defnydd effeithlon o'r holl egni sydd ar gael.
Dysgwch fwy isod am y deunyddiau lled-ddargludyddion a ddefnyddir amlaf ar gyfer celloedd PV.
SILICON
Siliconis, o bell ffordd, y deunydd lled-ddargludyddion mwyaf cyffredin a ddefnyddir mewn celloedd solar, sy'n cynrychioli tua95% o'r modiwlau a werthir heddiw. Dyma hefyd yr ail ddeunydd mwyaf niferus ar y Ddaear (ar ôl ocsigen) a'r lled-ddargludydd mwyaf cyffredin a ddefnyddir mewn sglodion cyfrifiadurol. Gwneir celloedd silicon crisialog o atomau silicon wedi'u cysylltu â'i gilydd i ffurfio dellt grisial. Mae'r dellt hon yn darparu strwythur trefnus sy'n gwneud trosi golau yn drydan yn fwy effeithlon.
Ar hyn o bryd mae celloedd solar a wneir o silicon yn darparu cyfuniad o effeithlonrwydd uchel, cost isel, ac oes hir. Disgwylir i fodiwlau bara am 25 mlynedd neu fwy, gan gynhyrchu mwy nag 80% o'u pŵer gwreiddiol ar ôl yr amser hwn.
LLUNIAU MEDDWL FFILM
Gwneir cell solar ffilm denau trwy adneuo un neu fwy o haenau tenau o ddeunydd PV ar ddeunydd ategol fel gwydr, plastig neu fetel. Mae dau brif fath o lled-ddargludyddion PV ffilm denau ar y farchnad heddiw: cadmiwm telluride (CdTe) acopper indium gallium diselenide (CIGS). Gellir adneuo'r ddau ddeunydd yn uniongyrchol naill ai ar du blaen neu gefn wyneb y modiwl.
CdTe yw'r deunydd PV ail-fwyaf cyffredin ar ôl silicon, a gellir gwneud celloedd CdTe gan ddefnyddio prosesau gweithgynhyrchu cost isel. Er bod hyn yn eu gwneud yn ddewis arall cost-effeithiol, nid yw eu heffeithlonrwydd yn dal i fod' t mor uchel â silicon. Mae gan gelloedd CIGS yr eiddo gorau posibl ar gyfer deunydd PV ac effeithlonrwydd uchel yn y labordy, ond mae'r cymhlethdod sy'n gysylltiedig â chyfuno pedair elfen yn gwneud y newid o labordy i weithgynhyrchu yn fwy heriol. Mae CdTe a CIGS yn gofyn am fwy o ddiogelwch na silicon i alluogi gweithrediad hirhoedlog yn yr awyr agored.
PHOTOVOLTAICS PEROVSKITE
Mae celloedd perovskitesolar yn fath o gell ffilm denau ac fe'u henwir ar ôl eu strwythur grisial nodweddiadol. Mae celloedd perovskite wedi'u hadeiladu gyda haenau o ddeunyddiau sydd wedi'u hargraffu, eu gorchuddio, neu eu hadneuo dan wactod ar haen gynhaliol sylfaenol, a elwir ynswbstrad.Maent yn nodweddiadol yn hawdd i'w cydosod a gallant gyrraedd effeithlonrwydd tebyg i silicon crisialog. Yn y labordy, mae effeithlonrwydd celloedd solar perovskite wedi gwella'n gyflymach nag unrhyw ddeunydd PV arall, o 3% yn 2009 i dros 25% yn 2020. Er mwyn bod yn fasnachol hyfyw, mae'n rhaid i gelloedd PV perovskite ddod yn ddigon sefydlog i oroesi 20 mlynedd yn yr awyr agored, felly ymchwilwyr yn gweithio ar eu gwneud yn fwy gwydn a datblygu technegau gweithgynhyrchu ar raddfa fawr, cost isel.
LLUNIAU ORGANIG
Mae celloedd PV organig, neu OPV, yn cynnwys cyfansoddion llawn carbon (organig) a gellir eu teilwra i wella swyddogaeth benodol y gell PV, fel bandgap, tryloywder, neu liw. Ar hyn o bryd nid yw celloedd OPV ond tua hanner mor effeithlon â chelloedd silicon crisialog ac mae ganddynt oesau gweithredu byrrach, ond gallent fod yn rhatach i'w cynhyrchu mewn cyfeintiau uchel. Gellir eu cymhwyso hefyd i amrywiaeth o ddeunyddiau ategol, fel plastig hyblyg, gan wneud OPV yn gallu gwasanaethu amrywiaeth eang o ddefnyddiau.
DOTIAU QUANTUM
Mae celloedd solar dot cwantwm yn dargludo trydan trwy ronynnau bach o wahanol ddefnyddiau lled-ddargludyddion ychydig ychydig nanometrau o led, o'r enw dotiau cwantwm. Mae dotiau cwantwm yn darparu ffordd newydd o brosesu deunyddiau lled-ddargludyddion, ond mae'n anodd creu cysylltiad trydanol rhyngddynt, felly ar hyn o bryd nid ydyn nhw'n effeithlon iawn. Fodd bynnag, mae'n hawdd eu gwneud yn gelloedd solar. Gellir eu hadneuo ar asubstrateusing dull cot troelli, chwistrell, neu argraffwyr rholio-i-rol fel y rhai a ddefnyddir i argraffu papurau newydd.
Mae dotiau cwantwm yn dod mewn gwahanol feintiau ac mae modd addasu eu bandgap, gan eu galluogi i gasglu golau sy'n anodd ei ddal ac i gael ei baru â lled-ddargludyddion eraill, fel perovskites, i wneud y gorau o berfformiad cell solar amlswyddogaethol (mwy ar y rhai isod).
LLUNIAU AMLWG
Strategaeth arall i wella effeithlonrwydd celloedd PV yw haenu lled-ddargludyddion lluosog i wneud celloedd solar makemultijunction. Yn y bôn, pentyrrau o wahanol ddefnyddiau lled-ddargludyddion yw'r celloedd hyn, yn hytrach na chelloedd un gyffordd, sydd ag un lled-ddargludydd yn unig. Mae gan bob haen fandgap gwahanol, felly maen nhw i gyd yn amsugno rhan wahanol o'r sbectrwm solar, gan wneud mwy o ddefnydd o olau haul na chelloedd un gyffordd. Gall celloedd solar amlswyddogaeth gyrraedd y lefelau effeithlonrwydd uchaf erioed oherwydd bod y golau nad yw'n cael ei amsugno gan yr haen lled-ddargludyddion cyntaf yn cael ei ddal gan haen oddi tano.
Er bod pob cell solar sydd â mwy nag un bandgap yn gelloedd solar amlswyddogaethol, gelwir cell solar â dau fandgaps yn union yn gell solar tandem. Celloedd solar amlswyddogaeth sy'n cyfuno lled-ddargludyddion o golofnau III a V mewn bwrdd bwrdd theperiodig o'r enw celloedd solar aml-swyddogaeth III-V.
Mae celloedd solar amlswyddogaeth wedi dangos effeithlonrwydd uwch na 45%, ond maent yn gostus ac yn anodd eu cynhyrchu, felly cânt eu cadw ar gyfer archwilio'r gofod. Mae'r fyddin yn defnyddio celloedd solar III-V mewn dronau, ac mae ymchwilwyr yn archwilio defnyddiau eraill ar eu cyfer lle mae effeithlonrwydd uchel yn allweddol.
LLUNIAU CONCENTRATION
Mae crynodiad PV, a elwir hefyd yn CPV, yn canolbwyntio golau haul ar gell solar trwy ddefnyddio drych neu lens. Trwy ganolbwyntio golau haul ar ardal fach, mae angen llai o ddeunydd PV. Daw deunyddiau PV yn fwy effeithlon wrth i'r golau ddod yn fwy dwys, felly ceir yr effeithlonrwydd cyffredinol uchaf gyda chelloedd a modiwlau CPV. Fodd bynnag, mae angen deunyddiau drutach, technegau gweithgynhyrchu, a'r gallu i olrhain symudiad yr haul, felly mae dangos y fantais gost angenrheidiol dros heddiw' s modiwlau silicon cyfaint uchel wedi dod yn heriol.