Back Contact/Arka Temaslı Güneş Hücreleri
IBC güneş Hücreleri(Interdigitated Back Contact), Arka Kontakt Güneş Hücrelerden. Arka kontaklı solarhücrleri, ön kontak ızgaralarının Busların Prin tamamını veya bir kısmını cihazın arka tarafına hareket ettirerek teorik ve pratikte daha yüksek verimlilik elde edilir. Potansiyel olarak daha yüksek verimlilik, hücrenin ön tarafındaki azaltılmış gölgeleme nedeniyle gerçekleştirilir ve bu, özellikle yoğunlaştırıcılar veya geniş alan kurulumları gibi yüksek akım hücrelerinde kullanışlıdır.Çeşitli Arka Kontaklı Solar Hücre konfigürasyonlarında vardır ve IBC hücreleri bunlardan biridir.
IBC güneş pilleri
Arka kontaklı güneş hücreleri, her iki kontağı da hücrenin arkasına yerleştirerek tüm gölgeleme kayıplarını önleme özelliğine sahiptir. Hücrenin ön yüzeyinde emilen ışığın oluşturduğu elektron deliği çiftleri, yüksek kaliteli malzemeden üretilen ince bir güneş pili kullanılarak hücrenin arka kısmında da toplanabilir. Bu tür hücreler, özellikle hücre serisi direnç etkisinin çok daha fazla olduğu yoğunlaştırıcı uygulamalarda kullanışlıdır.Bu hücrelerin ek bir faydası da, her iki bağlantı noktası da arka tarafta olan hücrelerin birbirine daha kolay bağlanabilmesi ve modülde birbirine daha yakın erleştirilebilmesidir. çünkü hücreler arasında herhangi bir boşluğa gerek yoktur.
IBC güneş pillerinin tarihçesi
Birbirine geçmiş arka kontaklı güneş pilleri başlangıçta FSF (ön yüzey alanı) hücresi olarak adlandırılıyordu. Birbirine geçmiş arka temas (IBC) hücresi öncelikle 1970'lerin sonlarında incelenmiştir. 1980'li yıllarda Stanford Üniversitesi tarafından geliştirilen PC (nokta temaslı) hücresi başlangıçtan itibaren %20'nin üzerinde verime ulaşmayı başardı.IBC hücreleri ilk olarak 1990'lı yıllarda insansız hava araçları ve güneş enerjisiyle çalışan yarış arabaları için oluşturuldu. ve daha sonra 2000'li yıllarda PV üretim sistemleri için büyük ölçekli üretime genişletildi. Üretim maliyetlerini azaltmak için çok sayıda düşük maliyetli süreç geliştirildi. Geniş alanlı bir endüstriyel hücre için şimdiye kadar bildirilen en yüksek dönüşüm verimliliği, 2008'de rapor edilen %23,4'tür.
Birbirine geçmiş arka kontaklı güneş hücreler ne zaman kullanılmaya başlandı
Birbirine entegre arka kontaklı güneş hücreleri, IBC tasarımlarının yoğunlaştırıcı PV'ler gibi yüksek akım hücreleri gibi uygulamalarda özellikle yararlı olması sayesinde potansiyel olarak daha yüksek verimlilik elde edebilir. Polikristalin Si güneş pillerinin altındaki EWT (Verici sarma) ve MWT (Metalizasyon sarma) IBC'den farklı iki farklı arka kontak güneş pili konfigürasyonu daha vardır.
IBC güneş hücreleri nasıl çalışır?
IBC güneş paneli hücreteknolojisi, güneş hücresi içindeki bileşenleri yeniden yapılandırır ve hücrenin verimliliğini artırmak ve ek faydalar sağlamak için ilave bileşenler içerir. Bu bölümde IBC güneş hücreleirnin malzemelerini ve yapısını açıklayıp, teknolojinin çalışma prensibini açıklıyoruz.
IBC güneş hücre malzemeleri ve bileşenleri
Çoğu IBC güneş hücreisnde bulunan ana bileşen, n-tipi levha soğurucu katman görevi gören bir c-Si levhadır, ancak p-tipi levhalar da kullanılır. Monokristalin silikon (mono c-Si) daha yüksek verimliliği nedeniyle en yaygın seçenektir, ancak polikristalin silikon (poli c-Si) da kullanılabilir.
Termal oksidasyon işlemiyle yerleştirilen ince bir silikon dioksit (SiO2) tabakasıyla üretilen c-Si levhanın iki yanından birine yansıma önleyici ve pasifleştirici bir katman yerleştirilir. Silikon Nitrür (SiNx) veya Bor Nitrür (BNx) gibi malzemeler de uygundur.
IBC güneş hücrelerinin ön temas noktalarını hücrenin arka tarafına yeniden yerleştirmesi için, difüzyon katmanı adı verilen n+ ve p+ yayıcılardan oluşan serpiştirilmiş veya iç içe geçmiş katmanlara ihtiyaç vardır. Bunu oluşturmak için, n-tipi levhanın katmanları, maskeli difüzyon, maskeli iyon implantasyonu veya lazer katkılama yoluyla bor ile katkılanarak p-tipi (p+) parmaklama oluşturulurken, n-tipi katmanlar sağlam kalır (n+).
Metal kontaklar ayrıca IBC güneş paneli hücrelerinin kontakları için gümüş, nikel veya bakır gibi normal metaller kullanılarak lazer ablasyon veya ıslak kimyasal biriktirme yoluyla da yerleştirilir.
Bu, IBC güneş paneli hücrelerinin üretimi için en popüler yaklaşımlardan biridir, ancak difüzyon katmanını üretmek için farklı malzemeler gerektirebilecek farklı yaklaşımlar da mevcuttur
IBC güneş paneli hücrelerinin yapısı
IBC güneş hücresi üretimi, difüzyon katmanının oluşturulması göz önüne alındığında oldukça karmaşık olabilir, ancak yapısını anlamak nispeten basittir.
IBC güneş hücresinin ana katmanı, soğurucu katman olarak işlev gören n-tipi veya p-tipi c-Si levhadır. Bu katman, p-tipi veya n-tipi katkılı bir levha oluşturmak için bir c-Si katmanının bor veya fosforla katkılanmasıyla üretilir. Daha sonra güneş pilinin bir veya iki tarafına genellikle SiO2'den yapılan yansıma önleyici ve pasifleştirici bir kaplama yerleştirilir
IBC güneş paneli hücrelerinin için ana yapısal tasarım değişikliği, arka taraftaki metal temas noktalarının kurulumuna izin veren, birbirine geçmiş n-tipi ve p-tipi katmanlara sahip bir difüzyon katmanının dahil edilmesidir.
IBC güneş Paneli hücrelerinin çalışma prensibi
IBC güneş hücreleri , Al-BSF güneş hücrelerinin yaptığı gibi fotovoltaik etki altında güneş enerjisi üretir. Yük, IBC güneş panelinin pozitif ve negatif terminalleri arasına bağlanır, fotonlar elektriğe dönüştürülür ve yüke enerji sağlamak için güneş enerjisi oluşturulur.
Geleneksel güneş hücreleirnin benzer şekilde, fotonlar IBC güneş paneli hücre soğurucu katmanına etki ederek elektronları harekete geçirir ve bir elektron-delik (e-h) çifti oluşturur. IBC güneş panelleri, hücreleri gölgeleyen ön metal temas noktalarına sahip olmadığından, bu güneş paneli hücreleri, fotonların çarpması için daha yüksek bir dönüşüm alanına sahiptir.
IBC güneş paneli hcürelelrin ön kısmında oluşan e-h çifti daha sonra arka taraftaki p tipi iç içe geçmiş bir katman tarafından toplanır. Toplanan elektron, p+ metal temas noktalarından yüke akar, elektrik üretir ve daha sonra n+ metal temas noktası üzerinden IBC güneş paneli hcüreleri geri dönerek söz konusu e-h çiftini sona erdirir.
IBC güneş paneli hcürelerinin Geleneksel hücrelerle kıyası
IBC güneş hücreleri hakkında daha fazla bilgi edindikten sonra bunları iyi bilinen geleneksel Al-BSF teknolojisiyle karşılaştırmak önemlidir. Bu bölümde her iki seçeneği de farklı yönleri dikkate alarak karşılaştırıyoruz.
Karşılaştırma Kriteri------------- Alüminyum Poly/Mono Kristal Back Contact-----------IBC Back Contact
Kontak Yapısı -------------------- Arka ve Ön Kontak Birlikte Vardır------------------------Sadece Arka Kontak Vardır
Estetik-----------------------------Gelenksel görünüşe sahiptir------------------------------Kontak İletkenler gözükmez daha estetiktir
Verim------------------------------%25 e Kadar hücre verime ulaşılabilir-------------------%26,5 hücre verimine ulaşılabilir
Ömür------------------------------25-30 Yıl arasıdır--------------------------------------------5 Sene daha uzun ömre sahiptir
Sıcaklık Performansı-------------0.446%/ºC----------------------------------------------------0.29%/ºC (%15 Daha iyidir)
Uygulaması------------------------Tüm cephe yer çatı.......................................Cephe yer çatı esnek ve su altı
IBC güneş hücrelerin geleneksel Al-BSF hücrelerinin tasarımından geliştirdiği yapısal sorunlardan biri, hücredeki ön metal temasın kaldırılmasıdır. Bu, IBC güneş hücre teknolojisi için iki avantaj sağlar: metal temas noktalarının hücrenin arka tarafına yerleştirilmesiyle gölgelenmenin azaltılması ve güneş hücrelerinin IBC güneş paneli üzerinde aralarında boşluk olmadan kurulumuna izin vererek güç yoğunluğunun arttırılması.
IBC güneş hücrelerinde gelişmeler sayesinde IBC teknolojisi, geleneksel teknolojilere göre %1,3 daha fazla olan %26,7'lik kayıtlı bir verimliliğe ulaştı. Araştırmacılar IBC güneş hücreleri için %29,1'lik bir verimlilik elde etmeyi bekledikleri için IBC güneş hücre teknolojisi burada bitmiyor.
IBC güneş hücre teknolojisi, geleneksel seçenekler için sıcaklık katsayısını -%0,387/°C'den -%0,446/°C'ye, -%0,29/°C'ye kadar artırır. Sonuç olarak, bir IBC güneş paneli sıcak iklim kurulumunda daha iyi bir performans sunabilir.
IBC güneş hücresinin üretim maliyeti yüksek ve karmaşık bir üretim sürecine sahip olmasına rağmen, bu teknolojinin maliyeti 0,30 $/W'a düşürüldü. Daha yüksek verimlilik ve yalnızca biraz daha yüksek fiyatla IBC güneş hücre teknolojisi, konut ve endüstriyel uygulamalar için cazip bir seçenektir ve bu, IBC teknolojisinin 2025 yılına kadar pazar payının yaklaşık %35'ini kontrol altına almasına neden olabilir.
Al-BSF ve IBC güneş panelleri konut ve endüstriyel uygulamalarda kullanılabilirken, CPV uygulamalarında IBC güneş hücre teknolojisi üstünlük sağlıyor. Bunun nedeni, daha düşük seri dirence, daha yüksek kütle ömrüne ve daha düşük yüzey rekombinasyonuna sahip olan IBC güneş panelleridir; bu da onu, birçok ilginç avantaj sağlayan artan güneş konsantrasyonuna sahip bu uygulamalar için ideal kılar.
Hazırlayan Elektronik Mühendisi İsmail Hakkı Özdem