Painéis de silício amorfo são formados pela deposição de vapor de uma fina camada de material de silício - com cerca de 1 micrômetro de espessura - em um substrato como vidro ou metal. O silício amorfo também pode ser depositado em temperaturas muito baixas, tão baixas quanto 75 graus Celsius, o que permite a deposição em plástico também.
Em sua forma mais simples, a estrutura celular possui uma única sequência de camadas de pinos. No entanto, as células de camada única sofrem degradação significativa em sua produção de energia (na faixa de 15-35%) quando expostas ao sol. O mecanismo de degradação é chamado de Efeito Staebler-Wronski, em homenagem a seus descobridores.
Uma melhor estabilidade requer o uso de camadas mais finas para aumentar a intensidade do campo elétrico em todo o material. No entanto, isso reduz a absorção de luz e, portanto, a eficiência da célula. Isso levou a indústria a desenvolver dispositivos tandem e até mesmo de camada tripla que contêm células de pinos empilhadas umas sobre as outras.
Um dos pioneiros no desenvolvimento de células solares usando silício amorfo é o Uni-Solar. Eles usam um sistema de camada tripla (veja a ilustração abaixo) que é otimizado para capturar a luz de todo o espectro solar).
Como você pode ver na ilustração, a espessura da célula solar é de apenas 1 mícron, ou cerca de 1/300 do tamanho da célula solar de silício monocristalino.
Enquanto o silício cristalino atinge um rendimento de cerca de 18%, o rendimento das células solares amorfas permanece em torno de 7%. A baixa taxa de eficiência é parcialmente devido ao efeito Staebler-Wronski, que se manifesta nas primeiras horas quando os painéis são expostos à luz solar, e resulta em uma diminuição no rendimento de energia de um painel de silício amorfo de 10 por cento para cerca de 7 por cento .
Um pesquisador alemão da Delft University of Technology demonstrou como aumentar a produção de energia de painéis solares de silício amorfo de cerca de 7% para 9%. Em sua pesquisa de doutorado, Gijs van Elzakker investigou adaptações nos processos de produção de módulos de silício amorfo para aumentar a produção sem quaisquer custos adicionais usando o gás silano para reduzir o efeito Staebler-Wronski.
Esta é apenas uma abordagem que está sendo experimentada hoje. A eficiência do laminado da UniSolar está atualmente em 8,2%; no entanto, no final da primavera de 2011, a empresa espera estar com 10% usando sua tecnologia de revestimento triplo / junção tripla.
Contando com melhorias na captura de luz, deposição de alta taxa e uma tecnologia HybridNano, a Uni-Solar espera ser capaz de aumentar sua eficiência de conversão para 12% até 2012 e acredita que tem potencial para atingir 20 +% em sua linha de produtos .
A principal vantagem das células solares de silício amorfo é o menor custo de fabricação, o que torna essas células muito competitivas em termos de custos.
Uma das principais vantagens do a-Si sobre o silício cristalino é que ele é muito mais uniforme em grandes áreas. Como o silício amorfo é naturalmente cheio de defeitos, quaisquer outros defeitos, como impurezas, não afetam as características gerais do material de maneira muito drástica.
O silício anfórfico pode ser produzido em uma variedade de formas e tamanhos (por exemplo, redondo, quadrado, hexagonal ou qualquer outra forma complexa. Isso o torna uma tecnologia ideal para uso em uma variedade de aplicações, como alimentação de calculadoras eletrônicas, relógios de pulso solares, jardins luzes e acessórios para carros. Pequenas células solares usadas em calculadoras de bolso são feitas com a-Si há muitos anos.
Ao contrário das células solares cristalinas nas quais as células são cortadas e recombinadas, as células de silício amorfo podem ser conectadas em série ao mesmo tempo em que as células são formadas, tornando fácil criar painéis em uma variedade de tensões (por exemplo, para uso em painéis solares recarregadores de bateria).
O olho humano é sensível à luz com comprimentos de onda de 400 nm a 700 nm. Como as células solares de silício amorfo são sensíveis à luz com essencialmente os mesmos comprimentos de onda, isso significa que, além de serem usadas como células solares, também podem ser usadas como sensores de luz (por exemplo, luzes de sensores externos, etc.).
Alguns painéis solares amorfos também vêm com tecnologia resistente à sombra ou múltiplos circuitos dentro das células, de modo que, se uma fileira inteira de células estiver sujeita a sombreamento completo, o circuito não será completamente interrompido e alguma saída ainda poderá ser obtida. Isso é especialmente útil ao instalar painéis solares em um barco.
O processo de desenvolvimento dos painéis solares a-Si também os torna muito menos suscetíveis a quebras durante o transporte ou instalação. Isso pode ajudar a reduzir o risco de danificar seu investimento significativo em um sistema fotovoltaico.
Outra vantagem principal desse tipo de tecnologia é a maior resistência ao calor. De acordo com um estudo NREL de quatro anos - foi observado que os módulos fotovoltaicos de silício amorfo experimentam resultados mais elevados à medida que as temperaturas aumentam.
Como mencionado anteriormente, esses painéis têm uma eficiência menor do que células solares monocristalinas, ou mesmo células solares policristalinas. As tentativas de aumentar a eficiência, como a construção de células multicamadas ou liga com germânio para reduzir o gap e melhorar ainda mais a absorção de luz, todas têm uma complexidade adicional. Nomeadamente, os processos são mais complexos e os rendimentos do processo são provavelmente mais baixos e os custos são provavelmente mais elevados como resultado - reduzindo assim a vantagem de custo deste tipo de célula solar.
O tempo de vida esperado das células amorfas é menor do que o tempo de vida das células cristalinas, embora seja difícil determinar quanto menor, especialmente à medida que a tecnologia continua a evoluir. Pela leitura da literatura, parece que a expectativa de vida ainda é da ordem de 25 anos ou mais. Por exemplo, Uni-Solar oferece a seguinte garantia de desempenho em seus painéis de 144 Wp: 92% a 10 anos, 84% a 20 anos, 80% a 25 anos (de potência mínima).
A Sanyo desenvolveu uma célula solar híbrida aplicando revestimentos de silício amorfo em uma célula solar monocristalina (veja o diagrama anexo). Eles chamam isso de célula solar HIT, e tem uma taxa de eficiência de 20,2%.
De acordo com a IMS Research , a Sanyo ficou em 10º lugar em termos de MW de painéis solares produzidos no primeiro trimestre de 2010, devido em grande parte à popularidade de sua tecnologia de célula solar híbrida.
Além da classificação de alta eficiência, essas células aproveitam o alto desempenho do silício amorfo em temperaturas mais altas (acima de 25˚ C), com o resultado de que Sanyo afirma que as células produzem cerca de 10% mais eletricidade com o aumento da temperatura do que as células de silício monocristalino - vale a pena considerá-los se você estiver em um local onde as temperaturas freqüentemente excedem 25 ° C (as temperaturas de operação variam de –20 ° C a 46 ° C).
Nota : Embora a maioria dos fabricantes de painéis especifique que o desempenho do painel irá variar de –5% / + 5%… Sanyo garante 100% de desempenho (ou seja, -0% / + 10%) no momento da entrega.
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