Ljusabsorptionsband för solpaneler
Solpaneler har blivit allt populärare de senaste åren. De är en kostnadseffektiv, miljövänlig och förnybar energikälla. Solpaneler omvandlar solljus till elektricitet genom att använda ett speciellt material som kallas solcell. Solcellen är gjord av olika material som kan absorbera olika våglängder av ljus.
Ljusabsorption i monokristallina kiselsolceller
Monokristallint kisel är ett högpresterande solcellsmaterial. Den har en hög renhetsnivå och en enhetlig kristallstruktur, vilket möjliggör bättre elektronrörlighet. Monokristallina kiselsolceller har typiskt ett ljusabsorptionsområde på 300 – 1100 nm, med toppabsorptionsbandet placerat på cirka 780 nm. Det betyder att solcellerna kan absorbera det mesta av det synliga ljusspektrumet, samt en del av det nära-infraröda ljuset.
Det finns dock ett märkbart fall i absorptionseffektivitet över 1100 nm. Detta beror på det faktum att monokristallint kisel är ett indirekt bandgapmaterial. Material med indirekt bandgap har en högre energitröskel för elektroner att flytta från valensbandet till ledningsbandet. Detta innebär att fotoner med lägre energi inte kan absorberas effektivt av materialet. Därför kan monokristallina kiselsolceller inte absorbera en betydande mängd av ljuset med längre våglängd (lägre energi).
Ljusabsorption i tunnfilmssilikonsolceller
Tunnfilms kiselsolceller är gjorda av flera lager av kisel med olika tjocklekar och dopämnen. De är vanligtvis billigare att tillverka än monokristallina kiselsolceller. Ljusabsorptionsintervallet för tunnfilms kiselsolceller skiljer sig från det för monokristallina kiselsolceller. Tunnfilmkisel absorberar ljus i ett bredare våglängdsområde, närmare bestämt i intervallet 400 – 800 nm. Det betyder att de kan absorbera det mesta av det synliga ljusspektrumet, men inte lika mycket av det nära-infraröda ljuset som monokristallint kisel.
Tunnfilmssilikonsolceller kan ytterligare kategoriseras i tre typer: amorft kisel (a-Si), mikrokristallint kisel (μc-Si) och nanokristallint kisel (nc-Si). Varje typ har olika bandgap och absorptionsområde. Amorft kisel har ett bandgap på cirka 1,7 eV och kan absorbera ljus i intervallet 300 – 800 nm. Mikrokristallint kisel har ett bandgap på cirka 1,3 eV och kan absorbera ljus i intervallet 400 – 700 nm. Nanokristallint kisel har ett bandgap på cirka 2,0 – 2,2 eV och kan absorbera ljus i intervallet 300 – 600 nm.
Sammanfattningsvis har monokristallina kiselsolceller ett toppabsorptionsband som ligger vid cirka 780 nm och kan absorbera det mesta av det synliga ljusspektrumet såväl som en del av det nära-infraröda ljuset. Tunnfilmssilikonsolceller har å andra sidan ett bredare absorptionsområde än monokristallint kisel, men inte lika mycket nära-infrarött ljus. Det specifika absorptionsintervallet och effektiviteten beror på typen av tunnfilmskisel. Oavsett typ av solcell ger solpaneler en hållbar och förnybar energikälla. Med ytterligare tekniska framsteg kommer solpaneler att kunna ge en ännu större mängd energi med ännu större effektivitet.