مجله آموزشی: انواع سلول‌های خورشیدی (آمورف)

سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون لایه نازک غیرکریستالی (آمورف):

سلول خورشیدی لایه نازک (آمورف) نوعی دستگاه است که برای تبدیل انرژی نورانی به انرژی الکتریکی (از طریق اثر فتوولتائیک) طراحی شده است و از لایه‌های مواد جاذب فوتون به ضخامت میکرون تشکیل شده است که بر روی یک بستر انعطاف‌پذیر قرار گرفته‌اند.

سلول‌های خورشیدی لایه نازک (آمورف) در ابتدا در دهه ۱۹۷۰ توسط محققان معرفی شدند. این فناوری به طور مداوم بهبود می‌یابد به طوری که در اوایل قرن ۲۱ بازار جهانی فتوولتائیک لایه نازک، با سرعت بی‌سابقه‌ای در حال رشد بود و پیش‌بینی می‌شد که به رشد خود ادامه دهد.

 چندین نوع سلول خورشیدی لایه نازک به دلیل هزینه نسبتا پایین و کارایی آن‌ها در تولید برق به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون لایه نازک غیرکریستالی که سلول فتوولتائیک فیلم نازک (TFPV) نیز نامیده می‌شوند، نسل دوم سلول‌های خورشیدی است که از قرار دادن یک یا چند لایه یا پوشش نازک (TF) از مواد فتوولتائیک بر روی لایه‌ای از شیشه، پلاستیک یا فلز درست می‌شود.

از لحاظ تجاری سلول‌های خورشیدی فیلم نازک با استفاده از تکنولوژی‌های مختلفی ساخته می‌شوند، که از جمله متریال‌های مورد استفاده در ساخت سلول‌های فیلم نازک به تلورید کادمیوم (CdTe)، سلناید گالیوم ایندیوم مس (CIGS) و آمورف و دیگر سیلیکون‌های با پوشش نازک (a-Si, TF-Si) می‌توان اشاره کرد.

ضخامت پوشش از چند نانومتر تا ده‌ها میکرومتر می‌تواند متفاوت ‌باشد و بسیار نازک‌تر از تکنولوژی قدیمی و اولین نسل سلول‌های خورشیدی سیلیکون کریستالی (c-Si) است که از ویفرهای سیلیکونی تا ۲۰۰ میکرومتر استفاده می‌کند. این امر باعث می‌شود تا سلول‌های فیلم نازک انعطاف‌پذیر بوده، وزن و نیروی مقاومت هوا کمتری داشته باشد.

این تکنولوژی در سیستم‌های فتوولتائیک یک‌پارچه با ساختمان استفاده می‌شود و همچنین به عنوان مواد نیمه‌ شفاف شیشه‌ای فتوولتائیک برای پوشاندن پنجره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در دیگر کاربردهای تجاری، سلول‌های فیلم نازک میان دو صفحه شیشه‌ای قرار می‌گیرند و به صورت پنل‌های خورشیدی در برخی از یزرگ‌ترین نیروگاه‌های برق فتوولتائیک جهان استفاده می‌شوند.

تکنولوژی فیلم نازک (آمورف) از تکنولوژی قدیمی c-Si ارزان‌تر است ولی کارامدی کم‌تری نسبت به آن دارد. اما در طول سال‌های اخیر کارامدی و بازده فیلم‌های خورشیدی به صورت چشم‌گیری ارتقاء یافته ‌است و کارامدی سلول آزمایشگاهی ساخته شده از CdTe و CIGS به ۲۰ درصد رسیده ‌است و اکنون با پلی‌سیلیکون که در حال حاضر در بیشتر اتصالات PV مورد استفاده قرار می‌گیرد، هم‌تراز می‌باشد.

علی‌رغم این واقعیت‌ها، سهم فیلم نازک از بازار هیچ‌گاه به بیش از ۲۰ درصد در طول دو دهه اخیر نرسید و در سال‌های اخیر نیز در حال کاهش بوده ‌است و به حدود ۹ درصد تولیدات فتوولتائیک در سرتاسر جهان در سال ۲۰۱۳ رسیده ‌است.

دسته‌ای از فیلم نازک که در مراحل اولیه تحقیقات و در حال پیشرفت هستند یا از لحاظ تجاری دسترسی محدودی به آن‌ها وجود دارد، اغلب به عنوان تکنولوژی‌های در حال ظهور یا نسل سوم سلول‌های فتوولتائیک طبقه‌بندی می‌شوند، که شامل سلول‌های خورشیدی پلیمری، رنگ-حساس، ارگانیک و نقاط کوانتومی، سولفید قلع روی مس، نانو کریستال، میکرومورف و سلول‌های خورشیدی پروسکات می‌باشد.

هزینه پایین یکی از مزایای سلول‌های خورشیدی بر پایه سیلیکون آمورف (a-Si) می‌باشد. دو جزء اصلی آلیاژ a-Si، سیلیکون و هیدروژن است. علاوه براین، مشخصه یک آلیاژ a-Si داشتن ضریب جذب بالاست. تنها یک لایه نازک برای جذب نور نیاز است و این باعث کاهش هزینه مواد می‌شود.