Ιστορία τεχνολογικής ανάπτυξης των φωτοβολταϊκών μονάδων

Η ανάπτυξη της τεχνολογίας φωτοβολταϊκών μονάδων μπορεί να εντοπιστεί στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν οι φυσικοί ανακάλυψαν ότι ορισμένα υλικά μπορούσαν να μετατρέψουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρισμό.Με την πάροδο του χρόνου, οι ερευνητές έχουν κατακτήσει τις τεχνικές κατασκευής των ηλιακών κυττάρων και βελτιώνουν συνεχώς και βελτιστοποιούν τη σχεδίαση και την απόδοση αυτών των κυττάρων.Το παρόν άρθρο περιγράφει λεπτομερώς την ιστορία ανάπτυξης της τεχνολογίας φωτοβολταϊκών συσσωρευτών.

Ηλιακή κυψέλη πρώτης γενιάς (1954)

Η πρώτη γενιά ηλιακών κυψελών εφευρέθηκε από ερευνητές στα εργαστήρια Bell το 1954.Αυτός ο τύπος κυψελών είναι κατασκευασμένος από υλικό πυριτίου και ονομάζεται μονοκρυσταλλικός ηλιακός κυψελός πυριτίου.Η απόδοση αυτού του τύπου μπαταρίας είναι πολύ χαμηλή, μόνο περίπου 6%, αλλά ανοίγει το δρόμο για την έρευνα και την ανάπτυξη των ηλιακών κυψελών.

Ηλιακές κυψέλες δεύτερης γενιάς (1970s)

Τα ηλιακά κύτταρα δεύτερης γενιάς κατασκευάζονται με χρήση πολυκρυσταλλικού πυριτίου και ονομάζονται ηλιακά κύτταρα πολυκρυσταλλικού πυριτίου.Τα εν λόγω κύτταρα είναι φθηνότερα από τα ηλιακά κύτταρα μονοκρυσταλλικού πυριτίου και έχουν βελτιωμένη απόδοση, φθάνοντας περίπου στο 10%.

Στα μέσα της δεκαετίας του 1970, οι ερευνητές άρχισαν να μελετούν τη χρήση σύνθετων υλικών ημιαγωγών για να δημιουργήσουν ηλιακά κύτταρα.Αυτός ο τύπος κυττάρου ονομάζεται ηλιακό κύτταρο υψηλής απόδοσης επειδή είναι πιο αποδοτικό από τα πολυκρυσταλλικά ηλιακά κύτταρα πυριτίου.Ένα από τα σύνθετα ηλιακά κύτταρα ημιαγωγών είναι το ηλιακό κύτταρο αρσενικού γαλλίου, το οποίο έχει απόδοση άνω του 20%.

Ηλιακές κυψέλες τρίτης γενιάς (1990s)

Η έρευνα για τα ηλιακά κύτταρα τρίτης γενιάς ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του 1990.Αυτός ο τύπος ηλιακών κυψελών χρησιμοποιεί μια ευρύτερη ποικιλία υλικών, συμπεριλαμβανομένων οργανικών υλικών, ηλιακών κυψελών ευαισθητοποιημένων από βαφές και ηλιακών κυψελών περοβσκίτη.

Τα οργανικά ηλιακά κύτταρα χρησιμοποιούν οργανικά πολυμερή ως υλικά ημιαγωγών.Ωστόσο, η απόδοση των οργανικών ηλιακών κυψελών είναι πολύ χαμηλή, μόλις περίπου 3%.

Τα ηλιακά κύτταρα με ευαισθητοποίηση στις βαφές (DSSC) χρησιμοποιούν μόρια βαφής για να μετατρέψουν το φως σε ηλεκτρισμό.Αυτό το είδος ηλιακών κυψελών είναι πιο αποδοτικό από τα οργανικά ηλιακά κυψελά και μπορεί να φτάσει περίπου στο 10%.Το DSSC έχει χαμηλό κόστος και απλή διαδικασία παραγωγής, καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση σε μεγάλης κλίμακας παραγωγή.

Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη είναι ένα από τα πιο υποσχόμενα ηλιακά κύτταρα τρίτης γενιάς.Χρησιμοποιεί υλικά περοβσκίτη ως ημιαγωγούς και μπορεί να επιτύχει υψηλότερη απόδοση, η οποία σήμερα υπερβαίνει το 20%.Αυτό το είδος μπαταρίας είναι φθηνότερο στην κατασκευή και έχει μεγαλύτερη σταθερότητα και αντοχή.

Ηλιακά κύτταρα τέταρτης γενιάς (αρχές 21ου αιώνα)

Το ηλιακό κύτταρο τέταρτης γενιάς είναι η πιο πρόσφατη τεχνολογία και η πιο ελπιδοφόρα.Οι τύποι υλικών των ηλιακών κυψελών τέταρτης γενιάς είναι πιο ποικίλοι, συμπεριλαμβανομένων οργανικών υλικών, ανόργανων υλικών και υβριδικών υλικών.

Τα υβριδικά ηλιακά κύτταρα οργανικής και ανόργανης προέλευσης (HIBC) αποτελούν σημαντική τεχνολογία στην τέταρτη γενιά ηλιακών κυψελών.Η μπαταρία χρησιμοποιεί ένα μείγμα οργανικών και ανόργανων υλικών για να επιτύχει ένα συνδυασμό υψηλής απόδοσης και μακράς ζωής.Η απόδοση των ηλιακών κυψελών HIBC έχει ξεπεράσει το 15% και το κόστος παραγωγής είναι χαμηλό, γεγονός που τα καθιστά κατάλληλα για χρήση σε μαζική παραγωγή.

Εκτός από τα ηλιακά κύτταρα HIBC, τα ηλιακά κύτταρα τέταρτης γενιάς περιλαμβάνουν επίσης τα ηλιακά κύτταρα κβαντικών σημείων, τα ηλιακά κύτταρα νανοσύρματος, τα ηλιακά κύτταρα γραφενίου κλπ.Οι τεχνολογίες αυτές βρίσκονται ακόμη υπό έρευνα και ανάπτυξη, αλλά έχουν ήδη αποδείξει υψηλή αποτελεσματικότητα και δυναμικό.

Σύνοψη

Με την πάροδο του χρόνου, η αποτελεσματικότητα και το κόστος των ηλιακών κυψελών βελτιώθηκαν σταδιακά και εμφανίστηκε μια ευρύτερη ποικιλία τεχνολογιών ηλιακών κυψελών.Η απόδοση των ηλιακών κυψελών πρώτης γενιάς ήταν μόλις 6%, ενώ η απόδοση των ηλιακών κυψελών τέταρτης γενιάς ξεπέρασε το 15%.Στο μέλλον, με τη συνεχή ανάπτυξη και βελτιστοποίηση της τεχνολογίας των ηλιακών κυψελών, το κόστος της ηλιακής ενέργειας θα συνεχίσει να μειώνεται.και η θέση του στην ενεργειακή βιομηχανία θα γίνει όλο και πιο σημαντική.