üçüncü nesil güneş hücreleri teknolojileri

güneş hücreleri, radyo alıcıların görünebilir ışık karşılıkları olarak düşünülebilir. alıcı, 3 temel parçadan: radyo dalgalarını (ışığı), kendi malzemesindeki elektronların dalgaya benzeyen hareketlerine dönüştüren duyargadan (yani antenden); elektronlar duyarganın ucundan çıkalı onları tutan elektronik kapaçdan; ve seçilmiş frekanstaki elektronları yükselden ayarlayıcıdan (ing. “tuner”) ibaretdir. radyo ile özdeş olan güneş hücresini kurmak mümkündür (böyle sistem “optik rekten” (ing. “optical rectenna”) olarak bilinir), ama bugüne kadar onlar praktik değil.
güneş elektrik pazarının büyük kısmı silisyum tabanlı cihazlardır. silisyum hücrelerinde, silisyum hem duyarga (veya, teknik dille değilse, “elektron alıcısı”), hem elektron kapacı olarak işleyir. silisyum geniş bulunan, nisbeten pahalı olmayan ve güneş toplanması için mükemmel olan bant aralığına sahip bir malzemedir. öte yandan, silisyumun kitle malzeme olarak üretilmesi için enerji ve ekonomi bakımından pahalı bir malzemedir ve talep olunan miktarın azaltılması için çabalar yapıldı. bundan fazla, o, mekaniksel olarak kırılgandır ve tipik olarak kırılmaz cam levhasını mekaniksel destek ve elementlerden koruma olarak talep edir. yalnız cam maliyyeti de tipik güneş modülünün maliyyetinin önemli kısımıdır.
shockley-queisser ereyine göre, bir hücrenin teorik verimliliğin çoğunluğu, bant aralığı ile güneş fotonun enerjileri arasındaki farktan kaynaklanır. bant aralığından daha çok enerjiye sahip herbir foton fotouyarmanın nedeni olabilir, ama bant aralığından yüksek herhangi bir enerji kayıp olur. güneş tayfına bakalım; dünya’ya varan ışığın küçük bir kısımı mavidir, ama bir mavi fotonun enerjisi, üç kırmızı fotonların enerjisine eşittir. silisyum bant aralığı 1.1 ev eşittir, kırmızı ışığın bant aralığına yaklaşıkdır, böylece mavi ışığın enerjisi silisyum hücresinde kayıp olur. eğer bant aralığı daha yükseğe ayarlansa (örneğin mavi ışığa), o enerji artık tutulacak, ama yalnız daha düşük enerjili fotonları reddetme pahasına.
muhtelif bant aralıklarına sahip materyaller katmanlarını üst üste oturtmakla
tekbağlantılı hücreni pek çok iyileştirmek mümkündür - buna, “çokbağlantılı” veya “tandem” yaklaşım denir. geleneksel güneş hücrelerin hazırlanma yöntemleri bu yaklaşıma uygun değil. bunların yerine amorf silisyum ince filmleri kullanılmışdır, ama başka sorunlar onların çalışmasının, geleneksel güneş hücrelerinin çalışmasına eşit olmasını engellemiştir. tandem güneş hücrelerinin çoğu, daha yüksek verimlilikli yarı iletkenler tabanlıdır, özellikle de galyum arsenür tabanlıdır. üçkatmanlı galyum arsenür hücrelerin deneysel numuneleri için %41.6 verimliliği elde edildi. dörtkatmanlı hücre ise %44.7 verimliliğine ulaştı.
sayısal çözümleme, “mükemmel” tekkatmanlı hücrenin 1.13 ev bant aralığına sahip olduğunu gösteriyor, bu da neredeyse silisyumun bant aralığıdır. böyle güneş hücresinin maksimum teorik güç dönüştürme verimliliği %33.7 eşittir - kırmızıdan (kızılötesi) düşük güneş gücü kayıp olur, ve daha yüksek renklerin fazla enerjisi de kayıp olur. ikikatmanlı hücre için, bir katman 1.64 ev’e, diğer katman ise 0.94 ev’e ayarlanabilir, teorik verimlilik ise %44. üçkatmanlı tandem hücre, 1.83 ev’e , 1.16 ev’e ve 0.71 ev’e ayarlanmalıdır, verimlilik de %48. kuramsal “sonsuzkatmanlı” hücre, dağıtılmış ışık için %68.2 verimliliğine malik olar.
keşfedilmiş yeni güneş hücreleri teknolojileri nanoteknolojiye bağlı olarken, şimdi kullanılan birkaç farklı materyal yöntemi var.
“üçüncü nesil” etiketi çeşitli teknolojilerini:
yarı iletken olmayan teknolojileri (polimerleri ve biyomimetiği içerir), nicem noktalı (ing. “quantum dot solar cells”), tandem güneş hücrelerini, kızgın taşıyıcılı hücrelerini (ing. “hot-carrier cells”), “foton üst çevirmesini “ ve “alt çevirmesini” (ing. “photon upconversion” ve “downconversion”), termofotonik gibi güneş ısıl teknolojilerini
içermektedir.
o, silisyum nanoyapılarını,
düşen ışığın yoğunlaştırılmasını,
gerilimleri veya taşıyıcı toplanmasını güçlendirmek için fazla ısı üretiminin (o, morötesi ışıktan kaynaklanır) kullanılmasını,
gece elekriği üretmek üzere kızılötesi tayfın kullanılmasını
da içerir.