Qu'est-ce que la couche de fenêtre dans les cellules solaires ?
Une seule couche de fenêtre dans une cellule solaire peut augmenter son efficacité. L'optimisation de cette couche peut augmenter l'efficacité d'une cellule solaire jusqu'à 15 %, ce qui illustre l'importance de la couche de fenêtre dans l'utilisation de l'énergie solaire.
La couche de fenêtre est une fine couche transparente qui bloque la perte de lumière. Elle permet de faire circuler plus de lumière et de capturer de l'énergie. Les couches de fenêtre se connectent aux composants de base de la cellule solaire pour faire entrer plus de lumière et capter plus d'énergie.
Les métaux comme l'oxyde de zinc (ZnO) et le sulfure de cadmium (CdS) sont courants. Mais les fabricants expérimentent désormais de nouvelles options comme le séléniure de zinc (ZnSe). Innotinum étant à la pointe des solutions d'énergie solaire les plus avancées et les plus innovantes en Allemagne, il est important d'explorer plusieurs matériaux de fenêtre pour fabriquer des cellules solaires moins chères et de meilleure qualité.
Introduction de la couche de fenêtre dans les cellules solaires
La couche de fenêtre est une couche mince qui joue un rôle important dans les cellules solaires. Il s'agit d'une couche de revêtement située sur les zones du substrat. La couche de fenêtre et les couches absorbantes moins dopées génèrent une jonction p-n qui aide à stocker et à séparer les porteurs de charge produits par la lumière. Leur couche est essentielle pour extraire le plus de puissance possible et garantir les performances optimales des cellules solaires.
Pourquoi la couche de fenêtre est-elle importante ?
Optimisation de l'absorption de la lumière
La couche de fenêtre est essentielle pour garantir que la cellule solaire reçoit autant de lumière solaire que possible. L'énergie solaire ne peut être convertie en électricité que si la lumière solaire atteint la partie active de la cellule solaire, généralement une couche de matériau semi-conducteur comme le silicium. Si la couche de fenêtre est opaque ou inefficace, moins de lumière solaire peut atteindre la couche active, ce qui réduit l'efficacité globale de la cellule solaire.
Protéger les couches internes
En plus de laisser passer la lumière du soleil, la couche de fenêtre agit également comme une barrière protectrice pour les couches internes plus délicates de la cellule solaire. Elle empêche la poussière, la saleté et l'humidité d'atteindre les composants sensibles qui sont essentiels au fonctionnement de la cellule solaire. En offrant cette protection, la couche de fenêtre contribue à augmenter la longévité et la durabilité de panneaux solaires.
Conductivité électrique
La couche fenêtre joue également un rôle essentiel dans la conductivité électrique des cellules solaires. Pour que les cellules solaires fonctionnent, elles ont besoin d'un chemin pour transférer l'électricité générée par le processus photovoltaïque. La couche fenêtre permet de conduire l'électricité générée vers le reste de la cellule solaire, ce qui en fait un élément essentiel de l'efficacité électrique de la cellule.
Comment fonctionne Window Layer ?
La couche fenêtre joue un rôle clé dans le fonctionnement de la cellule solaire. Elle se connecte à la couche absorbante pour permettre aux porteurs de charge d'être saisis et séparés. Pour son bon fonctionnement, elle laisse passer plus de lumière à travers sa structure fine et offre moins de résistance.
Caractéristiques des matériaux de la couche de fenêtre dans les cellules solaires
Pour une performance plus efficace d'une cellule solaire, quelques caractéristiques clés sont nécessaires ;
- Faible résistance série: Il est nécessaire de bien conduire l'électricité pour éviter les pertes de puissance. Il est également essentiel pour effectuer efficacement la charge.
- Haute transparence: Il devrait laisser passer plus de lumière, en particulier dans la zone infrarouge proche et visible du soleil, pour une absorption optimale de l'énergie.
- Excellentes propriétés électriques: La couche doit être excellente pour collecter et déplacer les porteurs de charge. Une bonne structure cristalline et une concentration maximale de porteurs sont essentielles pour de meilleures performances.
- Bandage adéquat: Un bandage étendu d'environ 2 à 3,5 eV est nécessaire. Il permet une absorption de lumière moindre et une transmission de lumière maximale.
- Compatibilité et stabilité: Ces couches de fenêtre sont résistantes à la chaleur et aux produits chimiques. Elles devraient également bien fonctionner tout en contribuant aux autres parties des cellules solaires.
4 matériaux de couche de fenêtre utilisés dans les cellules solaires
1. Sulfure de cadmium (CDS)
Le sulfure de cadmium est généralement utilisé dans les structures de cellules solaires minces. Il fonctionne mieux avec les dispositifs solaires à base de CdTe. Il laisse passer une quantité importante de lumière, ce qui le rend idéal pour les panneaux solaires. Il aide également à collecter et à séparer les charges électriques.
2. Oxyde de zinc (ZnO)
L'oxyde de zinc est l'option la plus utilisée pour les fenêtres de cellules solaires. Il est transparent à la lumière et contient une bande élevée à 3,3 eV, ce qui le rend idéal pour absorber la lumière du soleil. Sa résistivité le rend parfaitement compatible avec d'autres parties des cellules solaires.
3. Sulfure de zinc (ZnS)
Le sulfure de zinc devient de plus en plus populaire en tant que matériau de couche de fenêtre avancé. Il possède une bande étendue d'environ 3,6 eV et offre une transparence optique extraordinaire.
De plus, le ZnS n'est pas une couche de fenêtre toxique et offre l'option la plus sûre, la plus respectueuse de l'environnement et la meilleure que les autres.
Les fabricants expérimentent désormais différentes méthodes pour ajouter des couches de ZnS, notamment par pulvérisation ou dépôt chimique en phase vapeur. Cela leur permet de concevoir un film ZnS fin aussi efficace que possible pour les cellules solaires.
4. Séléniure de zinc (ZnSe)
Le séléniure de zinc se distingue comme matériau de couche de fenêtre. Son spectre de lumière visible a une large bande d'environ 2,7 eV. Vous pouvez mettre en œuvre un film mince de ZnSe en déployant diverses méthodes, telles que le bain chimique, la pulvérisation cathodique et l'évaporation thermique.
Certaines propriétés du ZnSe peuvent être modifiées par la manière dont vous les déposez et par ce que vous faites ensuite. Cette flexibilité en fait le candidat le plus solide pour remplacer d'autres matériaux dans la technologie des cellules solaires.
Quel matériau est le meilleur pour les couches de fenêtre dans les cellules solaires ?
Les fabricants ont installé les couches minces de disulfure de tungstène (WS2) comme couche de fenêtre dans les cellules solaires et ont observé une efficacité de conversion photovoltaïque de 1,2 %.
Il a un bandage direct plus grand, ce qui est important pour laisser passer la lumière.
La pulvérisation magnétron RF est utilisée pour ajouter un film mince de WS2 aux cellules solaires. Dans cette méthode sociétale, une machine projette de minuscules morceaux de WS2 sur la zone dans les espaces vides. En gérant la façon dont cela est fait, vous pouvez concevoir des films qui laissent passer la lumière, peuvent contrôler l'électricité et ont la structure la plus solide.
Les scientifiques expérimentent l'ajout de la meilleure couche de fenêtre en matériau dans les cellules solaires pour une efficacité élevée.
Exigences de fonction et de conception des couches de fenêtre dans les cellules solaires
La fonction principale de la couche de fenêtre est de réduire les pertes de lumière et d'aider à déplacer efficacement les chargeurs. Elle doit contenir un bandage adéquat, être transparente, avoir une faible résistance et avoir des caractéristiques structurelles et électriques solides.
Ces caractéristiques sont importantes pour capturer autant de lumière que possible, collecter les charges et les séparer de manière adéquate.
Innovations dans la technologie des couches de fenêtre
À mesure que la technologie solaire progresse, les chercheurs et les fabricants améliorent constamment les matériaux et les conceptions utilisés pour la couche de fenêtre. Parmi les innovations notables, on peut citer :
Nanomatériaux: Les chercheurs étudient l'utilisation de nanomatériaux dans les couches de fenêtre pour améliorer à la fois la transparence et la conductivité. Les nanomatériaux, tels que les nanotubes de carbone et le graphène, se sont révélés très prometteurs pour améliorer l'efficacité des cellules solaires.
Polymères conducteurs transparents: Bien que les TCO traditionnels soient couramment utilisés, l'intérêt pour les polymères conducteurs transparents (TCP) ne cesse de croître. Ces matériaux offrent une alternative flexible et légère aux couches de fenêtre traditionnelles tout en conservant une bonne transparence et une bonne conductivité.
Revêtements améliorés: Un autre domaine de développement est l'utilisation de revêtements antireflets sur la couche de fenêtre. Ces revêtements aident à réduire la quantité de lumière solaire réfléchie par la cellule solaire, garantissant ainsi qu'une plus grande quantité de lumière est absorbée et convertie en électricité.
Limites et défis
Quelques matériaux comme l'oxyde de zinc (ZnO) et le sulfure de cadmium (CDS), souvent utilisés pour la fabrication de couches de fenêtre, peuvent présenter des limites et des défis. La toxicité du cadmium et les risques de traitement sont des problèmes majeurs avec le CdS.
De plus, ces matériaux ne peuvent pas être bien gérés pour leurs propriétés. Par conséquent, les fabricants recherchent les derniers matériaux de revêtement de fenêtre qui peuvent être plus performants que les plus récents.
Résultat
En bref, une couche de fenêtre est très importante dans les cellules solaires. Elle permet de minimiser les pertes de lumière et de stocker efficacement les charges. Alors que les matériaux les plus utilisés dans les couches de fenêtre sont le sulfure de cadmium (CdS) et l'oxyde de zinc (ZnO), d'autres sont actuellement nouveaux dans la technologie des cellules solaires.
D'autres matériaux solaires, comme le séléniure de zinc, connaissent un certain succès. Ils pourraient résoudre les problèmes rencontrés par d'autres couches de vitrage. Innotinumen Allemagne, nous travaillons dur pour vous proposer les meilleures batteries lithium-ion qui fonctionnent efficacement avec les cellules solaires. Leur objectif est de fournir à leurs clients les solutions de stockage d'énergie les moins chères et les plus fiables.
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