پیل های خورشیدی

پیلهای خورشیدی زمینی که معمولاً از سیلسیوم تک بلوری تهیه می شوند. پیلهای معمولی از نوع n روی p از قرصهای گردسیلیسیومی به ضخامت ۳/۰ میلیمتر تهیه می شوند. طرف پایین یا پشت پیلی که نور بر آن نمی تابد دارای پوششی فلزی است که با بدنه نوع p سیلسیوم تماس برقرار می کند.
یک لایه بالایی از نوع n که تشکیل دهنده پیوند pn است برای این که مقاومت اندکی داشته باشد به میزان زیادی ناخالص شده است. انگشتی هایی فلزی به عرض حدود ۱/۰ میلیمتر و بضخامت ۰۵/۰ میلی متر با این لایه جلویی تماس اُهمی ایجاد می کنند تا جریان را جمع آوری کنند. یک پوشش شفاف عایق ضد بازتاب بضخامت تقریبی ۰۶/۰ میکرون(p-m) لایه سیلسیومی فوقانی را می پوشاند و به این ترتیب انتقال نور بهتری نسبت به هنگامی که سیلسیوم بدون پوشش است پدید می آورد.
چنانچه کسی این ساختار را با ساختار یک مدار مجتمع (ic) مقایسه کند. از سادگی نسبی پیل خورشیدی شگفت زده می شود. در ترانزیستورهای مدار مجتمع به هزاران پیوند pn وجود دارد.
عمده ترین عناصر یک مدار مجتمع عرضی تنها حدود چند میکرون دارد و عملکرد آن در مقایسه با پیلهای خورشیدی بسیار پیچیده و متنوع است. روشهای ساخت سیلسیوم کاملاً شناخته شده اند و مراحل تهیه یک مدار مجتمع را می توان به راحتی درباره پیل خورشیدی به کار برد. خواننده عزیز ممکن است تعجب کند که چرا یک فصل کامل از کتاب به مواد تشکیل دهنده پیلهای خورشیدی و پردازش آنها اختصاص یافته است.
واقعیت امر این است که پیلهای سیلیسیومی با استفاده از طرح معمولی پیل و روشهای مرسوم آماده سازی مدار مجتمع (ic) برای مصارف زمینی ساخته شده اند. البته این پیلها نسبتاً و به همین دلیل برای مصارف خاص مانند تأمین برق دستگاههای ارتباطی واقع در مناطق دور دست که هزینه تولید الکتریسیته به وسیله منابع گران تمام می شود. مناسبند. دو عامل مهم و اساسی بر انتخاب مواد تشکیل دهنده پیل و روشهای آماده سازی تأثیر دارد:
۱) هزینه انرژی الکتریکی تولید شده- هزینه توان خروجی یک سیستم فتو دلتایی-مثلاً بر حسب دلار در هر کیلووات ساعت- با راندمان پیل و مجموعه یکپارچه آن و کلیه هزینه هایی که در خلال ساخت نصب و راه اندازی آن سیستم صرف می شودتعیین می گردد. هزینه های ترازکننده سیستم (bos) مانند بهای زمینی که به آن سیستم اختصاص یافته است و هزینه تبدیل توان و ذخیره سازی انرژی را نیز باید به هزینه فوق افزود.
۲) زمان یا نسبت باز پرداخت انرژی- در هر مرحله از تولید یک سیستم توان فتوولتاتی- در مرحله استخراج مواد خام از زمین در مرحله تصفیه و پالایش و در مراحل شکل دادن مواد و غیره انرژی مصرف می شود. مدت زمانی که سیستم مذکور باید کار کند تا مقدار انرژی الکتریکی معادل کل انرژی به کار رفته در ساخت آن سیستم را تولید کند. نباید پیش از چند سال باشد. این مدت را زمان باز پرداخت انرژی می نامند. اگر قرار باشد سیستم تولید توان فتوولتایی، در مجموع انرژی تولید کند باید طول عمر مفید سیستم بیش از طول مدت بازپرداختش باشد. در یک سیستم اقتصاد آزاد ایده آل کارآیی بازپرداخت انرژی یک سیستم پیل خورشیدی یا هر نیروگاه دیگر تا حدی در هزینه آن سیستم نمایان می شود. در واقع لازم است تکنولوژیست ها و تعیین کنندگان خط مشی سیاسی هر گاه که دولت بعضی از اجزای اصلی صنعت انرژی را تعدیل می کند.
یا به آنها کمک مالی می کند بازپرداخت انرژی را جدا از هزینه انرژی تولید شده به حساب آورند هنگام مقایسه سیستمهای گوناگون فتوولتایی می توان قابلیت متحمل نسبی آنها را در شرایط محیطی گوناگون مانند دما، رطوبت درون هوا، و حتی اثر بیرنگ کنندگی نور خورشید بر پوشش پیل در نظر گرفت. زیرا این عوامل می توانند موجب کوتاه شدن عمر سیستم و افزایش هزینه انرژی حاصله شوند. به اجرا درآوردن طرحهایی که برای مصرف در مقیاسی وسیع در نظر گرفته می شوند باید به مقدار زیاد مقرون به صرفه باشد. در دسترس بودن مواد به کار رفته در این پیلها و نیز اثرات محیطی مربوط به ساخت، استفاده و سرانجام فروش و عرضه این پیلها باید بررسی شود. خواص یک نیمه هادی مانند سیلسیوم به روندهای به کار رفته در ساخت آن بستگی دارد.
مهمترین مطلب درجه بی عیبی بلور است که از روی محصول نهایی مشخص می شود. گرچه خواص الکتریکی نیمه هادیهایی مانند سولفید کادمیم حائز اهمیت است ولی خواص دیگر آنها نیز در طراحی پیل مهم هستند.