2021 meghatározó napelemes cellatechnológiái – 1. rész

Az 1950-es évekre vezethető vissza a ma ismert és széles körben alkalmazott, szilícium félvezetőn alapuló napelemek gyártása. Ezek szilícium cellák segítségével alakítják a napsugarakban rejlő energiát elektromos árammá. A működési elv mit sem változott az elmúlt 70 évben, ám maguk a cellák drámai fejlődésen mentek keresztül a gyártás és a technológiai megoldások tekintetében. Ennek következtében a napelemek nemcsak hatékonyabbak, hanem jelentősen olcsóbbak is lettek napjainkra.

Az utóbbi 10 év fejlesztései jelentős előrelépéseket eredményeztek:

• a teljesítményt sikerült 200 W-ról 400 W fölé növelni
• a hatékonyságot 15% körüli maximum értékről mára sikerült 20% fölé tornászni
• a gyártók által kínált 5 év termékgaranciát túlszárnyalva ma már 25-30 év jótállás is elérhető a piacon

A mai napelemek többségét kristályos szilíciumból készítik, annak hatékony fényelnyelő képessége miatt. Cellastruktúra alapján poli-és monokristályos szerkezetű napelemeket különböztetünk meg. A két különböző kristályszerkezet eltérő gyártástechnológiából adódik. A polikristályos eljárás előnye, hogy kevesebb energia szükséges az előállításához, ezáltal olcsóbb, mint a monokristályos és ez az előny végigkövethető egészen a kész napelemekig. Napjainkban mégis kezd háttérbe szorulni, miután látszólag elérte a benne rejlő lehetőségek csúcsát. Mindeközben a monokristályos panelek pályája felfelé ível, újabb technológiák hozzáadásával egyre jobb eredmények születnek. Nézzük a fő különbségeket:

Egy hagyományos, kristályos szilícium napelem cella, különféle hozzáadott anyagok által válik képessé a hatékony energia termelésre. Ebből a szempontból két típust különböztetünk meg:

A P-típusú (pozitív töltésű) cellák

A P-típusú celláknál általában bórt adnak a szilíciumhoz, mely az utóbbinál eggyel kevesebb elektronnal rendelkezik, ezért a napelem cella pozitív töltésűvé válik. A lakossági felhasználásban való elterjedését segítette, hogy az űrkutatásban betöltött szerepe miatt a napelemek fejlesztésében a P-típusú cellák domináltak, mert azok ellenállóbbak pl. a sugárzással és a lebomlással szemben.

az N-típusú (negatív töltésű) cellák

Az N-típusú celláknál használt adalék a foszfor, melynek eggyel több elektronja van a szilíciumnál, így negatív töltésű cellát kapunk. Magasabb hatékonysággal rendelkeznek és kevésbé érinti őket őket a fény okozta degradáció (LID), gyártás során kisebb a cellakárosodás kockázata, de a bonyolult előállítás miatt az áruk egyelőre nagyon magas.