วัสดุโซลาร์เซลล์

มีวัสดุหลายประเภทสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ รวมถึงอะมอร์ฟัสซิลิกอน โพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอน CdTe CuInxGa (1-x) Se2 และสารกึ่งตัวนำอื่นๆ หรือองค์ประกอบของสาม ห้า และหกกลุ่มที่เชื่อมโยงเข้าด้วยกัน เรียกสั้นๆ ว่าวัสดุที่ผลิตไฟฟ้าหลังจากให้แสงสว่างคือวัสดุที่เซลล์แสงอาทิตย์มองหา
สถานีชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ของรถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่จะทดสอบปฏิกิริยาและการดูดกลืนแสงผ่านกระบวนการผลิตและวิธีการต่างๆ เพื่อให้ได้ความก้าวหน้าในการปฏิวัติการรวมช่องว่างพลังงานที่กว้างและอนุญาตให้ดูดซับความยาวคลื่นสั้นหรือยาวได้อย่างเต็มที่ เพื่อลดต้นทุนของวัสดุ
เซลล์แสงอาทิตย์ยังมีประเภท: ชนิดพื้นผิวหรือชนิดฟิล์มบาง ซับสเตรตสามารถแบ่งออกเป็นประเภทผลึกเดี่ยวหรือทำให้เย็นลงในบล็อกโพลีคริสตัลไลน์ได้หลังจากการละลาย ชนิดฟิล์มบางสามารถเข้ากับตัวอาคารได้ดีกว่า หากมีความโค้งหรือแบบยืดหยุ่นหรือแบบพับ วัสดุมักจะเป็นซิลิคอนอสัณฐาน นอกจากนี้ยังมีการวิจัยและพัฒนาวัสดุอินทรีย์หรือนาโนซึ่งยังคงเป็นการวิจัยและพัฒนาในอนาคต ดังนั้นเราจึงได้ยินเกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นต่างๆ กัน: รุ่นแรกของสารตั้งต้นที่ผลิตจากซิลิคอน, รุ่นที่ 2 ของฟิล์มบาง, รุ่นที่ 3 ของการวิจัยและพัฒนาแนวคิดใหม่ และรุ่นที่ 4 ของวัสดุฟิล์มคอมโพสิต
เซลล์แสงอาทิตย์รุ่นแรกมีการพัฒนาที่ยาวนานที่สุดและมีเทคโนโลยีที่สมบูรณ์ที่สุด สามารถแบ่งออกเป็น monocrystalline silicon, polycrystalline silicon และ amorphous silicon ในแง่ของการใช้งาน monocrystalline silicon และ polycrystalline silicon เป็นกลุ่มใหญ่
เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางรุ่นที่สองผลิตขึ้นด้วยกระบวนการฟิล์มบาง แบ่งได้เป็น Cadmium Telluride CdTe, Copper Indium Selenide CIS, Copper Indium Gallium Selenide CIGS, Gallium Arsenide GaAs
ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่างแบตเตอรี่รุ่นที่สามกับแบตเตอรี่รุ่นก่อนหน้าคือการนำสารอินทรีย์และนาโนเทคโนโลยีมาใช้ในกระบวนการผลิต มีเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดโฟโตเคมีคอล เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมที่ไวแสง เซลล์แสงอาทิตย์แบบโพลิเมอร์ และเซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกนาโน
รุ่นที่สี่คือการสร้างโครงสร้างหลายชั้นสำหรับฟิล์มบาง ๆ ที่ดูดซับแสงจากแบตเตอรี่
เทคโนโลยีการผลิตแบตเตอรี่บางอย่าง ไม่สามารถผลิตแบตเตอรี่ได้เพียงประเภทเดียว ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการของโพลีซิลิคอน สามารถผลิตได้ทั้งชนิดของแผ่นผลึกซิลิกอนและชนิดของฟิล์มบาง
วัสดุเซลล์แสงอาทิตย์โพลีเมอร์ทั่วไป ได้แก่ โพลีไวนิลคาร์บาโซล (PVK) โพลีอะเซทิลีน (PA) โพลีฟีนิลีนไวนิลลีน (PPV) และโพลีไทโอฟีน (PTh)
(1) โพลิไวนิลคาร์บาโซล (PVK)
ในบรรดาโพลิเมอร์ที่มีกิจกรรมโฟโตอิเล็กทริก PVK เป็นโพลิเมอร์ที่ค้นพบเร็วที่สุดและได้รับการศึกษาอย่างเต็มที่ที่สุด กลุ่มด้านข้างมีระบบผันคำกริยาอิเล็กทรอนิกส์ขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถดูดซับแสงอัลตราไวโอเลตได้ อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นสามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างอิสระผ่านสารเชิงซ้อนที่เกิดจากวงแหวนคาร์บาโซลที่อยู่ติดกัน พวกเขามักจะเจือด้วย I2, SbCl3, trinitrofluorenone (TNF) และ nitrostilbenebenzene derivative tetracyanoquinone (TCNQ)
(2) โพลีอะเซทิลีน (PA)
PA เป็นโพลิเมอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงสุดที่วัดได้จนถึงปัจจุบัน วิธีการพอลิเมอไรเซชันส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธี Shirakawa Yingshu วิธี Namm วิธี Durham และระบบเร่งปฏิกิริยาธาตุหายาก Yingshu Shirakawa ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta ที่มีความเข้มข้นสูง ได้แก่ TiOBu4-A1Et3 เพื่อเตรียมฟิล์มโพลีอะเซทิลีนที่รองรับตัวเองได้โดยตรงด้วยความมันวาวของโลหะจากอะเซทิลีนในเฟสก๊าซ ฟิล์มถูกสร้างขึ้นบนซับสเตรตผลึกเหลวที่มุ่งเน้น และฟิล์ม PA ก็มีการโฟกัสสูงเช่นกัน ลักษณะเฉพาะของวิธี Narrman คือตัวเร่งปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันนั้น "มีอายุที่อุณหภูมิสูง" ดังนั้นคุณสมบัติเชิงกลและความเสถียรของพอลิเมอร์จึงได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ
(3) โพลีฟีนิลีนไวนิลลีน (PPV)
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วัสดุ PPV ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และมีประสิทธิภาพสูงสุดของอุปกรณ์ เนื่องจากโครงสร้างแบบคอนจูเกต ห่วงโซ่โมเลกุลจึงมีความแข็งมาก มักจะละลายและละลายได้ยาก และแปรรูปได้ยาก วิธีการรับ PPV ที่ละลายน้ำได้คือการใส่อัลเคนสายยาวอย่างน้อยหนึ่งตัวเข้าไปในวงแหวนเบนซีน จำนวนของแอลเคนต้องมีอย่างน้อย 6 นอกจากนี้ยังพบว่าการละลายของแอลเคนแบบตรงที่มีองค์ประกอบย่อยที่แตกแขนงได้ดีกว่าแอลเคนแบบตรงที่มีเลขคาร์บอนเท่ากัน วัสดุตัวแทนคือ MEH-PPV (MEH; 2-methoxy-5 (2 '- ethylhexoxy)) ซึ่งมีความสามารถในการละลายได้ดีและสะดวกในการใช้งาน ความกว้างของแบนด์ที่ห้ามใช้คือ 2.1eV ซึ่งค่อนข้างปานกลาง
(4) อนุพันธ์ของโพลีไทโอฟีน (PT)
ในบรรดาคอนจูเกตโพลิเมอร์ทั้งหมด โพลีไทโอฟีนเป็นวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีมาก เนื่องจากช่องว่างของแถบที่เหมาะสมและการเคลื่อนตัวของรูสูง จึงกลายเป็นหนึ่งในจุดที่มีการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุโซลาร์เซลล์อินทรีย์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในบรรดาอุปกรณ์เหล่านี้ อุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่มีฟิล์มผสมของโพลี (3-เฮกซิล) ไทโอฟีน (P3HT) ที่มีโครงสร้างในระดับภูมิภาคและ PCBM อนุพันธ์ C60 ที่ละลายน้ำได้เป็นชั้นแอคทีฟมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงสุดภายใต้การบำบัดความร้อน และประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน ถึงประมาณร้อยละ 5 แล้ว ดังนั้น การออกแบบและการสังเคราะห์อนุพันธ์ของโพลีไทโอฟีนใหม่ การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและคุณสมบัติของโพลีไทโอฟีน และการปรับปรุงคุณสมบัติของอนุพันธ์ของโพลีไทโอฟีนผ่านการปรับเปลี่ยนโครงสร้างจึงได้รับความสนใจจากนักวิจัย จากมุมมองของวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ อนุพันธ์ของโพลีไทโอฟีนเหล่านี้ควรมีคุณสมบัติพื้นฐานที่สุด: ความสามารถในการละลายและการก่อตัวของฟิล์มที่ดี สเปกตรัมการดูดซับที่กว้าง (โดยเฉพาะในบริเวณแสงที่มองเห็นได้) และการเคลื่อนที่ของตัวพาสูง