I pannelli di silicio amorfo sono formati depositando a vapore un sottile strato di materiale di silicio - circa 1 micrometro di spessore - su un materiale di substrato come vetro o metallo. Il silicio amorfo può anche essere depositato a temperature molto basse, fino a 75 gradi Celsius, il che consente la deposizione anche sulla plastica.
Nella sua forma più semplice, la struttura cellulare ha una singola sequenza di strati pin. Tuttavia, le celle a strato singolo soffrono di un significativo degrado della loro potenza erogata (nell'intervallo 15-35%) quando esposte al sole. Il meccanismo di degradazione è chiamato effetto Staebler-Wronski, dai suoi scopritori.
Una migliore stabilità richiede l'uso di strati più sottili per aumentare l'intensità del campo elettrico attraverso il materiale. Tuttavia, questo riduce l'assorbimento della luce, quindi l'efficienza della cella. Ciò ha portato l'industria a sviluppare dispositivi tandem e persino a triplo strato che contengono celle pin impilate una sull'altra.
Uno dei pionieri nello sviluppo di celle solari utilizzando silicio amorfo è Uni-Solar. Usano un sistema a triplo strato (vedi illustrazione sotto) che è ottimizzato per catturare la luce dall'intero spettro solare).
Come puoi vedere dall'illustrazione, lo spessore della cella solare è solo 1 micron, o circa 1/300 della dimensione della cella solare in silicio monocristallino.
Mentre il silicio cristallino raggiunge una resa di circa il 18%, la resa delle celle solari amorfe rimane intorno al 7%. Il basso tasso di efficienza è in parte dovuto all'effetto Staebler-Wronski, che si manifesta nelle prime ore in cui i pannelli sono esposti alla luce solare, e si traduce in una diminuzione della resa energetica di un pannello in silicio amorfo dal 10% a circa il 7% .
Un ricercatore tedesco della Delft University of Technology ha dimostrato come aumentare la produzione di energia dei pannelli solari in silicio amorfo da circa il 7% al 9%. Nella sua ricerca di dottorato, Gijs van Elzakker ha studiato gli adattamenti nei processi di produzione dei moduli in silicio amorfo per aumentare la produzione senza costi aggiuntivi utilizzando il gas silano per ridurre l'effetto Staebler-Wronski.
Questo è solo un approccio che viene provato oggi. L' efficienza del laminato di UniSolar è attualmente dell'8,2%; tuttavia, entro la fine della primavera 2011, l'azienda prevede di raggiungere il 10% utilizzando la tecnologia a triplo rivestimento/tripla giunzione.
Basandosi sui miglioramenti nell'intrappolamento della luce, nella deposizione ad alto tasso e su una tecnologia HybridNano, Uni-Solar prevede di essere in grado di spingere la sua efficienza di conversione al 12% entro il 2012 e crede di avere il potenziale per raggiungere il 20% + per la sua linea di prodotti .
Il vantaggio principale delle celle solari in silicio amorfo è il loro minor costo di produzione, che rende queste celle molto competitive in termini di costi.
Uno dei principali vantaggi dell'a-Si rispetto al silicio cristallino è che è molto più uniforme su grandi aree. Poiché il silicio amorfo è naturalmente pieno di difetti, eventuali altri difetti, come le impurità, non influiscono in modo troppo drastico sulle caratteristiche complessive del materiale.
Il silicio anporfo può essere prodotto in una varietà di forme e dimensioni (ad es. rotondo, quadrato, esagonale o di qualsiasi altra forma complessa. Ciò lo rende una tecnologia ideale da utilizzare in una varietà di applicazioni come l'alimentazione di calcolatrici elettroniche, orologi da polso solari, giardino luci e per alimentare accessori per auto Le piccole celle solari utilizzate nelle calcolatrici tascabili sono state realizzate con a-Si per molti anni.
A differenza delle celle solari cristalline in cui le celle vengono sezionate e ricombinate, le celle di silicio amorfo possono essere collegate in serie nello stesso momento in cui le celle vengono formate, rendendo facile creare pannelli in una varietà di tensioni (ad esempio, per l'uso in solare caricabatterie).
L'occhio umano è sensibile alla luce con lunghezze d'onda da 400 nm a 700 nm. Poiché le celle solari in silicio amorfo sono sensibili alla luce con essenzialmente le stesse lunghezze d'onda, ciò significa che oltre ad essere utilizzate come celle solari possono essere utilizzate anche come sensori di luce (ad es. luci per sensori esterni, ecc.).
Alcuni pannelli solari amorfi sono inoltre dotati di tecnologia resistente all'ombra o di circuiti multipli all'interno delle celle, in modo che se un'intera fila di celle è soggetta a un'ombreggiatura completa, il circuito non sarà completamente interrotto e sarà ancora possibile ottenere una certa potenza. Ciò è particolarmente utile quando si installano pannelli solari su una barca.
Il processo di sviluppo dei pannelli solari a-Si li rende inoltre molto meno soggetti a rotture durante il trasporto o l'installazione. Questo può aiutare a ridurre il rischio di danneggiare il tuo investimento significativo in un impianto fotovoltaico.
Un altro vantaggio principale di questo tipo di tecnologia è la maggiore resistenza al calore. Secondo uno studio NREL quadriennale, è stato osservato che i moduli fotovoltaici in silicio amorfo ottengono risultati più elevati all'aumentare delle temperature.
Come accennato in precedenza, questi pannelli hanno un'efficienza inferiore rispetto alle celle solari monocristalline, o anche alle celle solari policristalline. I tentativi di aumentare l'efficienza, come la costruzione di celle multistrato o la lega con il germanio per ridurre il suo gap di banda e migliorare ulteriormente l'assorbimento della luce, hanno tutti una complessità aggiuntiva. Vale a dire, i processi sono più complessi ed è probabile che i rendimenti del processo siano inferiori e di conseguenza i costi potrebbero essere più elevati, riducendo così il vantaggio in termini di costi di questo tipo di cella solare.
La durata prevista delle celle amorfe è più breve della durata delle celle cristalline, anche se quanto più breve è difficile da determinare, soprattutto perché la tecnologia continua ad evolversi. Dalla lettura della letteratura, sembra che la vita prevista sia ancora nell'ordine di 25 anni o giù di lì. Ad esempio, Uni-Solar offre la seguente garanzia di prestazione sui propri pannelli da 144 Wp: 92% a 10 anni, 84% a 20 anni, 80% a 25 anni (di potenza minima).
Sanyo ha sviluppato una cella solare ibrida applicando rivestimenti di silicio amorfo su una cella solare monocristallina (vedi diagramma allegato). Lo chiamano una cella solare HIT e ha un indice di efficienza del 20,2%.
Secondo IMS Research , Sanyo si è classificata al decimo posto in termini di MW di pannelli solari prodotti nel primo trimestre del 2010, grazie in gran parte alla popolarità della sua tecnologia a celle solari ibride.
Oltre all'elevata efficienza, queste celle sfruttano le elevate prestazioni del silicio amorfo a temperature più elevate (oltre i 25 C) con il risultato che Sanyo afferma che le celle producono circa il 10% in più di elettricità all'aumentare della temperatura rispetto alle celle in silicio monocristallino. rendendoli degni di considerazione se ci si trova in un luogo in cui le temperature superano spesso i 25 C. (le temperature di esercizio vanno da -20 C a 46 C).
Nota : sebbene la maggior parte dei produttori di pannelli specifichi che le prestazioni del pannello varieranno da –5% / +5% … Sanyo garantisce prestazioni al 100% (ovvero, -0%/+10%) al momento della consegna.
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