Translate
      Arşivler
    Tag Cloud
Güneş Pili Yapımı İçin Malzemeler
Yazar | 1 YorumYorum Yap
Son güncelleme: 21 Ekim 2008,Salı

İçin Malzemeler

Tek Kristalli Silisyum Güneş Pilleri

Tek-kristal silisyum malzeme, üretiminde yüksek verim için kullanılan malzemelerden biri olmakla birlikte, üretim maliyetinin yüksek olması bu alanda değişik seçenek olarak çok kristalli malzemenin geniş ölçekte kullanılmasına neden olmuştur. Silisyum elektriksel, optiksel ve yapısal özelliklerinin uzun süre değişmemesi ve silisyum üretim teknolojisinde elde edilen büyük başarılar bu malzemenin en popüler malzeme olarak öne çıkmasını sağlamıştır. Saf tek kristal üretimi oldukça zor ve pahalı bir teknolojiyi gerektirmektedir. Oksijenden sonra yer yüzündeki en çok bulunan element olan silisyum en çok bulunan biçimi kum ve kuartzdır. Kumun saflık derecesi çok düşük olduğundan, kullanılmaya uygun değildir. Ancak, kuartzın %90″ı silisyumdur. Kuartz işlenerek %99 silika elde edilir. Ardından, silikadan metalürji kalitesinde silisyum elde edilir. Bunu izleyen aşamada ise, silisyum saflaştırılarak yarı-iletken niteliğinde çok kristalli silisyum elde edilir. Poly-silisyum elde edilmesine kadar olan aşamaların her birisi oldukça enerji yoğun ve maliyeti yükselten işlemlerdir.

Yarı-iletken kalite saf poly-silisyum elde etmek için poly silisyum yeniden eritilir ve uygun yöntem ile büyütülür. Yarı çapı yaklaşık 10cm olarak büyütülmüş ignot (kütük) daha sonra elmastestere ile 0.5 mm kalınlığında dilimlere ayrılır (Athienitis vd.,2002). Bu kesme işlemi sırasında oldukça pahalı tek-kristal silisyum malzemenin yaklaşık %20’si kadarı boşa gitmektedir. Dilimlenmiş tek kristal silisyumun bir kilogramının yaklaşık değeri 900 ABD dolarıdır. Dilimleme işlemini devreden çıkaracak yeni teknoloji arayışları “şekillendirilmiş şerit” yönteminin geliştirilmesi ile sonuçlanmıştır. Dentiritik ağ yöntemi olarak da anılan bu yöntemde dendiritik çekirdekler çok düşük hızla ergimiş silisyum banyosundan çekilerek, ince tek-kristalli tabakaların büyümesi sağlanır. Bu şekilde, dilimleme işlemi gerekmemektedir.

 

 

 

 

Üretici firma tasarımına göre büyüme sırasında silisyum n- ya da p-tipi olarak katkılanır. Yaklaşıkça 0.5mm kalınlığında olan silisyum tabakaları elde edildikten sonra, örneğin, p-tipi katkılanmış ise üzerine 1nm n-tipi yüzey tabakası oluşturarak eklem diyod oluşturulur. Fotovoltaik diyodun tamamlanması, arka yüzeye metal kontak, ön yüzeye uygun metal ağ kontak konulduktan sonra, ön yüzeye bir anti yansıtıcı kaplanması ile gerçekleşir. Güneş pillerinin ön yüzeylerinde oluşturulan grid-kontak tasarımında, gölgelemeli %5 değerinin altında tutarak, kontak dirence optimize edilmektedir.

 

3.3.5.2. Çok Kristalli Silisyum Güneş Pilleri

Çok kristalli malzemede damarların kristal yapılarının birbirilerine göre yönlenmeleri dışında elektriksel, optiksel ve yapısal özellikleri özdeştir. Damarların büyüklükleri kristalin kalitesi ile doğru orantılıdır. Damarlar arasındaki süreksizlik, özellikle elektriksel yük taşıyıcılarının aktarılmasında önemli ölçüde engelleyici rol oynar. Çok kristalli malzemenin elektriksel özelliklerinin küçülen damar büyüklüğü ile orantılı olarak bozulması, elde edilebilecek verimliliğin tek kristalle karşılaştırıldığında küçük olmasına neden olur. Ancak çok kristalli silisyum üretim teknolojileri daha az enerji yoğun ve daha kolaydır, sonuç olarak çok kristalli silisyumun maliyeti önemli ölçüde düşüktür.

Çok kristalli silisyumun üretilmesinde en çok kullanılan yöntem “dökme” yöntemidir. Çok-kristalli silisyumda başlangıç malzemesi tek-kristalli silisyumda olduğu gibi hazırlanır. Aranan saflık derecesi de benzer basamakta olmalıdır. Erimiş yarı-iletken kalitesindeki silisyum, kalıplara dökülerek soğumaya bırakılır. Elde edilen bloklar daha sonra kare şeklinde kesilir. Bu teknoloji ile üretilen malzemelerden fabrika edilen güneş pilleri verimliliklerinin daha az almasına rağmen, bu pillerde maliyetler önemli ölçüde aşağıya çekilebilmektedir.

3.3.5.3. İnce Film Güneş Pilleri

Güneş pillerinde kullanılan malzemenin ve işçiliğin azaltılması, teknolojinin basitleştirilerek maliyetlerinin düşürülmesi yönünde yapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları, yarı-iletken malzemenin geniş yüzeyler üzerine ince film şeklinde kaplanması yöntemi çekici bir yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. Bu alanda yapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları güneş pilleri üretiminde kullanılabilecek bir çok yarı-iletken malzemenin düşük maliyetlerde cam, metal ya da plastik folyo gibi tabakalar üzerinde geniş yüzeylere kaplanabileceğini göstermiştir. İnce film fotovoltaik malzeme genellikle çok kristalli malzemelerdir. Başka bir değişle ince film yarı-iletken malzeme, büyüklükleri bir milimetrenin binde birinden milyonda birine değin değişen damarlardan oluşmaktadır. Yarı-iletken malzemenin elektriksel optiksel ve yapısal özellikleri her damar içerisinde fotovoltaik uygulamalar için çok uygun olsa da, damarlar arası sınırlar da yer alan mikro düzeydeki yapısal kusurlar, çok kristalli malzemede karşılaşılan en önemli problemdir. Optiksel özellikleri uygun seçilen bir yarı iletken malzemede milimetrenin binde biri kadar bir kalınlık içerisinde güneş ışınlarının tümüne yakın bir kısmı soğurulabilir. Dolayısı ile, ince film fotovoltaik malzemede kalınlık, silisyum üzerinde yapılan pillere göre çok daha azdır. Ayrıca ince-film yarı-iletken istenen bir biçimde çok farklı malzeme üzerinde ve geniş yüzeylere kaplanabilir, oysa silisyum piller büyütülen kristalin boyutları ile sınırlıdır. İnce film güneş pilleri arasında üç büyük aday öne çıkmaktadır. Bunlar; amorf silisyum, kadmiyum, ve tellür elementlerinden meydana gelen birleşik yarı-iletken kadmiyum tellür ve bakır, indiyum, selenyum elementlerinin bir aralığı olan bakır indiyum-diselenid bileşik yarı-iletkendir.

3.3.5.4. Amorf Silisyum Güneş Pilleri

Soğurma katsayısı çok büyük olan amorf silisyum, 2500C dolayındaki sıcaklıklarda geniş yüzeylere düzgün bir şekilde kaplanabilmektedir. Amorf-silisyum malzemesini kristalli-silisyumdan ayıran özellik, silisyum atomlarının malzeme içindeki düzenlerinin, birinci derece komşu atomların ötesinde gelişigüzel olmasıdır. Malzeme içerisindeki yapı taşlarının bu gelişigüzel dizilişi amorf-silisyumun elektriksel iletim kalitesini düşürse de, uygun yaklaşımlarla yarı iletken içerisine %5-10 oranında hidrojen katılarak elektriksel özellikler fotovoltaik çevirime uygun olan düzeyde tutulabilirler. Amorf silisyum için kullanılan en yaygın teknoloji “ışık boşalım (glow-discharge)” dir. Bu teknikte silane (SİH4) gazı ve hidrojen karışımı bir çift elektrod arasından geçirilerekn elektrotların işaretleri yüksek frekanslarda değiştirilir; bunun sonucu olarak SİH4 parçalanarak kararsız SİH3 kökçesini (radikalini) oluşturur. İzleyen aşamada, kararsız SİH3 elektrotlardan birine giderek bağlanır ve kararlı hale gelir; ardından hidrojen yüzeyden ayrılarak geride silisyum u bırakır; böylece yüzey silisyumla kaplanmış olur. Elektrot üzerinde büyüyen silisyum gazın içerisine bor ya da fosfor katılarak n- ya da p- tipi yapılabilir.

 

 

Amorf silisyum 1980″li yıllarda ince film fotovoltaik alanının en gözde malzemesi olmuştu, 1982″de %10 verimlilik sınırı aşılmış ve 1987″de verimlilik %12,7″lere kadar çıkılmıştır. Son yıllarda bu değer laboratuarda %15 değerinin üzerine Japon-Amerikan ortaklığı olan Uni-solar tarafından çıkarılmıştır. Küçük ölçekli güç gerektiren uygulamada (saat pilleri, hesap mak. Vb.) amorf silisyum piller en gözde güç kaynaklarıdır. Yeni gelişimlerde bu piller büyük ölçekli güç gerektiren uygulamalarda da yerini almaktadır (Anonim 1).

 

3.3.5.5. Kadmiyum Tellür İnce Film Güneş Pilleri

Periyodik tablonun ikinci gurubunda bulunan kadmiyum elementinin ve altıncı gurubunda bulunan tellür elementinin bir araya gelmesiyle oluşan II-VI birleşik yarı-iletkeni kadmiyum tellürün, CdTe, oda sıcaklığında yasak enerji aralığı, aşağıdaki şekilden de görülebileceği gibi (Luque vd., 2002) Eg=1,5eV değeri ile, güneş spektrumundan maksimum dönüşümü elde etmek için gerekli olan değere oldukça yakındır.

 

  (AM 1.5).

Yüksek soğurma katsayısı yanında, ince film büyütme teknolojisinin bir çoğu ile kolayca üretime olanak tanıması, geniş yüzey alanlı üretiminde CdTe birleşik yarı iletkeninin öne çıkmasını sağlamıştır. CdTe çoğunlukla kadmiyum sülfür, CdS, ile bir araya getirilerek hetero-eklem diyod üretilir. Yasak enerji aralığı yaklaşıkça 2,4eV olan CdS yarı iletkeni çok ince bir tabaka olarak uygulanır. Güneş ışınımının çoğunu geçiren. CdS, hetero-eklem de “pencere görevi yapar”. CdT ince film büyütmede iki teknoloji ortaya çıkmıştır. Bunlardan birincisi olan yakın mesafeden buharlaştırma (close space Sublimation, CSS) yöntemi ile en yüksek kalitede CdTe malzeme üretilmektedir. Bu yöntemde sıcaklık farklılıkları çok az olan kaynak ve filmin büyüdüğü yüzey biri birine çok yakın tutularak malzemenin sublimasyon yoluyla büyümesi sağlanır. Bu yöntemi kullanan ANTEK firması (Almanya) geniş ölçekli üretime geçmenin ön çalışmalarını Erfurt-Almanya”da yapmaktadırlar. İkinci CdTe büyütme yöntemi olan elekrodepozisyon (elektrotta birik tirim) yönteminde ise, kadmiyum ve tellür iyonu taşıyan elektrolitten akım geçirilerek CdTe yarı-iletkeninin katotta büyümesi sağlanır. Çok ucuz olan bu yöntemde büyüyen malzemenin denetimi CSS yönteminde olduğu kadar kolay değildir.

3.3.5.6. Bakır İndiyum Diselenid Güneş Pilleri

Periyodik tablonun birinci, üçüncü ve altıncı guruptan elementlerin üçünün ya da daha  fazlasının bir araya gelmesi ile oluşan bu bileşik yarı-iletkenlerin soğurma katsayıları oldukça yüksek olup, yasak enerji aralıkları güneşin spektrumu ile ideal bir şekilde uyuşacak biçimde ayarlanabilir. Bakır indiyum ve selenyum dan yapılan üçlü bileşik yarı-iletkenle başlayan bu grup (CIS) güneş pilleri olarak anılır. CdTe güneş pillerine en yakın rakip olarak gözükmektedir. Bu gün CIS ince film güneş pillerinin çoğunluğu içerisinde Ga elementinin katılması ile daha yüksek verimlilikler elde edilir. Ancak yarı-iletkeni oluşturan element sayısı artıkça gereken teknoloji ve malzemenin özelliklerinin denetimi de bir o kadar karmaşık duruma gelmektedir. Laboratuardaki küçük alan pillerin verimliliği %18 dek ulaşırken, 900cm2 yüzey alana sahip modüllerin verimlilikleri ancak %15 dolayındadır. CIS pillerde uygulanan teknolojilerden iki tanesi öne çıkmıştır. Bunlardan birincisi, elementlerin eş zamanlı olarak vakumda buharlaştırılmasıdır. İkinci yöntem, herhangi bir yöntemle büyütülen bakır-indiyum ince film alaşımının uygun bir ortamda selenyumla tepkimeye sokulmasıdır (Selenizasyon). Her iki durumda da soğurucu olarak kullanılan CIS yarı-iletken, CdS ile bir araya getirilerek hetero-eklem diyot oluşturulur. CdS tabakaların üretilmesinde ortaya çıkan yöntem CdTe tabakalarında olduğu gibi burada da kimyasal banyo yöntemidir.

 

Yorumlar

1 yorum
  1. Şubat 20, 2012

    Biz konyada Güneş Enerjsinden yararlanmak ve Elekrik kullanmak istiyoruz bize yardımcı olurmusunız.Katolak ve fiyat lisetesi ve Pil fiyaları hakında bilginize istiyacımız var, ilgi alakanıza şimdiden sonsuz teşekkür ederim.Saygılarımla

    Cevap ver

Yorum yap

Sitemizdeki yazı, resim ve haberlerin her hakkı saklıdır. İzinsiz, kaynak gösterilmeden kullanılamaz. All Rights Reserved TM. Unienerji Copyright ©2007.