การค้นหาผู้สืบทอดของซิลิคอน

เมื่อสิบปีที่แล้ว การผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) เป็นสิ่งที่น่าสงสัย ทั่วโลกมีกำลังผลิตเพียง 10 กิกะวัตต์ ซึ่งมากกว่า 40% อยู่ในเยอรมนี และการติดตั้งในช่วงแรกๆ เหล่านี้มักได้รับการสนับสนุนโดยเงินอุดหนุนจากรัฐบาลจำนวนมาก ทศวรรษของการเติบโตอย่างน่าอัศจรรย์ได้เปลี่ยนภาพนี้ไปอย่างสิ้นเชิง ในปี 2561 กำลังการผลิตติดตั้งของโลกน่าจะเกิน 500 กิกะวัตต์ ซึ่งเพียงพอ

สำหรับการผลิต

ไฟฟ้าทั้งประเทศในบราซิลการเติบโตที่น่าอัศจรรย์และใกล้จะทวีคูณนี้ส่วนใหญ่ขับเคลื่อนโดยเศรษฐศาสตร์แบบง่ายๆ เช่นเดียวกับที่รถยนต์เพิ่งเริ่มเข้ามาแทนที่ยานพาหนะที่ลากด้วยม้าหลังจากการถือกำเนิดของตลาดมวลชน โมเดล ที ฟอร์ด ราคาไม่แพง การแกว่งขึ้นของพลังงานแสงอาทิตย์

เร่งขึ้นเมื่อราคาเข้าสู่ขอบเขตการแข่งขันด้านต้นทุนด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล ในขั้นต้น ความใกล้เคียงกันนั้นมาพร้อมกับความช่วยเหลือจากเงินอุดหนุน แต่ในบางจุด – ช่วงเวลาที่แน่นอนก็ยากที่จะระบุลง เนื่องจากต้นทุนมีความซับซ้อน – แหล่งข้อมูลที่เชื่อถือได้ส่วนใหญ่เริ่มแสดงให้เห็นว่าแม้ไม่มีสิ่งเหล่านี้ 

ความเท่าเทียมของต้นทุนกับเชื้อเพลิงฟอสซิล อยู่ใกล้แค่เอื้อมแล้วความสำเร็จนี้น่าทึ่งยิ่งกว่าเพราะเกิดขึ้นโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในเทคโนโลยี PV พื้นฐาน โดยพื้นฐานแล้ว เซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันมีความคล้ายคลึงกับเซลล์ที่แสดง ในปี พ.ศ. 2497 อุปกรณ์ดังกล่าว 

เซลล์แสงอาทิตย์ที่แท้จริงตัวแรก มีพื้นฐานมาจากจุดเชื่อมต่อง่ายๆ ระหว่างชนิด n (อุดมด้วยอิเล็กตรอน) และชนิด p (อิเล็กตรอน -แย่) ซิลิกอนและเปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้าด้วยประสิทธิภาพ 5% ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นในการออกแบบเซลล์ผ่านการเติมซิลิกอนที่มีสารเจือสูง

และชั้นป้องกันแสงสะท้อน ทำให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นมากกว่า 25% แต่โครงสร้างจุดเชื่อมต่อหลัก pn ยังคงอยู่ เป็นผลให้แม้ว่าซิลิคอน PV ใกล้เข้าสู่วัยเกษียณอย่างรวดเร็ว แต่ก็ควรลุกขึ้นยืนและปล่อยให้เทคโนโลยีวิปเปอร์สแนปเปอร์อายุน้อยรับภาระแทนด้วยสถานะของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ชั้นนำ 

[ซิลิกอน] 

จึงมีลักษณะที่น่าเสียดายเล็กน้อย: มันดูดซับแสงได้ไม่ดีนักคำถามคือมันสำคัญหรือไม่? ในที่สุดซิลิคอน PV ก็ใช้งานได้ ราคาของมันลงมาสู่ระดับที่แข่งขันได้ ปัญหาอยู่ที่ไหน เช่นเดียวกับประเด็นที่เกี่ยวข้องกับเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ คำตอบจะอยู่ที่คุณสมบัติหลักของวัสดุ 

ซิลิคอนเป็นสารกึ่งตัวนำที่เป็นที่ชื่นชอบของโลกอย่างไม่ต้องสงสัย โดยสนับสนุนการประมวลผลสมัยใหม่ส่วนใหญ่ท่ามกลางแอปพลิเคชันอื่นๆ มากมาย อย่างไรก็ตาม ด้วยสถานะของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ชั้นนำ จึงมีลักษณะที่น่าเสียดายเล็กน้อย: ดูดซับแสงได้ไม่ดีนัก

คุณสมบัติการดูดกลืนแสงของสารกึ่งตัวนำขึ้นอยู่กับการแยกพลังงานระหว่างการนำไฟฟ้ากับแถบเวเลนซ์ของอิเล็กตรอน bandgaps ดังกล่าวแบ่งออกเป็นสองประเภท: ช่องว่างโดยตรงและช่องว่างทางอ้อม สำหรับวัสดุที่มีช่องว่างทางอ้อม ซึ่งมีซิลิคอนเป็นองค์ประกอบหนึ่ง กระบวนการดูดซับอิเล็กตรอน

จะได้รับความช่วยเหลือแบบโฟนัน เนื่องจากการมีอยู่ของค่าชดเชยในค่าต่ำสุดและสูงสุดของโครงสร้างแถบตามลำดับ แม้ว่าสิ่งนี้อาจฟังดูเป็นปัญหาเล็กน้อย แต่ก็หมายความว่าวัสดุทางอ้อมดูดซับแสงได้น้อยกว่ามาก (ความแตกต่างคือลำดับความสำคัญหลายลำดับ) กว่าลูกพี่ลูกน้องโดยตรงของแบนด์วิดท์

ซึ่งไม่ต้องการความช่วยเหลือจากโฟนันคุณสมบัติของวัสดุพื้นฐานนี้จะกำหนดการใช้งานจริงในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิกอน เนื่องจากซิลิกอนดูดซับแสงได้ค่อนข้างน้อย จึงจำเป็นต้องมีความหนาของวัสดุมากขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการดูดซับแสงเพียงพอ โดยทั่วไปแล้วความหนาโดยรวม

จะอยู่ที่หลายร้อยไมครอนเท่านั้น และสำหรับคุณและฉันอาจดูเล็กน้อย สำหรับอิเล็กตรอน แม้ว่าจะมีช่วงก้าวที่สั้นกว่ามาก แต่ก็เป็นระยะทางที่สำคัญในการเดินทาง ดังนั้น เพื่อให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซิลิคอนเกรด PV จะต้องอยู่ในรูปของเวเฟอร์ที่มีผลึกสูงและมีความบริสุทธิ์สูง

สิ่งนี้หมายถึงสิ่งหนึ่ง: 

ค่าใช้จ่าย การผลิตซิลิคอนสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นกระบวนการขนาดใหญ่ ซับซ้อน และเติบโตช้าอย่างน่าประหลาดใจ หากไม่ใช่เพราะความเชื่อมโยงของวัสดุกับอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (และการประหยัดจากขนาดที่เกี่ยวข้องจากการผลิตจำนวนมากในเอเชียตะวันออก) 

ต้นทุนของซิลิคอน PV จะไม่มีทางลดลงต่ำอย่างที่เป็นอยู่ และหากราคาของการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ยังคงลดลง ต้นทุนการผลิตวัสดุจะกลายเป็นปัจจัยจำกัดในบางจุดมองไกลกว่าซิลิกอนแรงผลักดันในการลดต้นทุนการผลิตเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้การวิจัยในภาคสนามมุ่งเน้นไป

ที่วัสดุทางเลือกมาอย่างยาวนาน หากซิลิกอนมีค่าเทียบเท่าพลังงานแสงอาทิตย์ของหลอดรังสีแคโทด ซึ่งเป็นสิ่งที่ใช้งานได้แต่ค่อนข้างล้าสมัยและค่อนข้างหนา เมื่อนั้นเวลาจะมาถึงเมื่อทุกคนต้องการเปลี่ยนไปใช้จอแบนที่สวยงามและมีความละเอียดสูงเป็นพิเศษ โชคดีที่เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นที่สอง

ได้รับการยอมรับอย่างดีแล้วในรูปแบบของเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วัสดุ 2 ชนิด ได้แก่ แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) และคอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมซีลีไนด์ (CuIn 1–x Ga x Se 2หรือเรียกสั้นๆ ว่า CIGS) สร้างเซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งแตกต่างจากซิลิกอน พวกมันมีแถบรัด

โดยตรง ดังนั้นจึงต้องมีความหนาเพียงไม่กี่ไมครอนเพื่อให้มีการดูดกลืนแสงที่เพียงพอ (จึงเรียกว่าฟิล์มบาง) วัสดุที่มีคุณภาพต่ำและมีความบริสุทธิ์ต่ำเป็นที่ยอมรับได้ และการผลิตสามารถเกิดขึ้นผ่านวิธีการสะสมอย่างรวดเร็ว เช่น การระเหยหรือการสปัตเตอร์ลงบนกระจกหน้าต่างเกรดต่ำโดยตรง

credit: brave-mukai.com bigfishbaitco.com LibertarianAllianceBlog.com EighthDayIcons.com outletonlinelouisvuitton.com ya-ca.com ejungleblog.com caalblog.com vjuror.com