Türkçe
İngilizce
Moduled Elektronik , 2007 yılında yenilenebilir enerji teknolojilerinde kaliteli bir hizmet anlaşı ile faliyet göstermek üzere kurulmuş genç, dinamik ve yenilikçi bir firmadır.
Aşağıdaki bilgilerden bize ulaşabilirsiniz.
Güneş pili güneş ışınlarını doğrudan elektriğe dönüştürebilen elektronik sistemlerdir. Ancak güneş pili tanımını iyi anlamak için fotovoltaik tanımını da bilmeniz gerekir. Fotovoltaik kelimesi, yunancada ışık anlamına gelen photo ve gerilim anlamına gelen voltaic kelimelerinin birleşiminden oluşur. Güneş pillerinin diğer isimleri ise fotovoltaik piller, fotovoltaik hücreler ve güneş hücreleri kelimeleridir.
Güneş pilleri kare, dikdörtgen, piramit veya daire şeklinde yapılabilir. Güneş hücrelerinin alanları ise genelde 100 cm2’dir. Kalınlıklarıysa 0,2-0,4 mm arasında değişmektedir. Güneş pili, yapımında kullanılan malzemelere göre %5 ila %20 arasında verimliliğe sahiptir.
Güneş pilleri birbirine seri ve paralel bağlanarak güneş paneli veya fotovoltaik modül ‘ü meydana getirir. Güneş panelleri de birbirine seri ve paralel bağlanarak güneş santrali veya güneş tarlası denilen büyük enerji tesislerini oluşturur.
Güneş pili yapımında kullanılan malzemeler şunlardır;
Güneş pili hücresi fotovoltaik etki ile elektrik üretir. Fotovoltaik etki ise güneş ışınlarının elektriğe dönüştürüldüğü fiziksel olaya denir.
Fotonlar, güneş ışığının yarı iletken yüzeye çarpması ile atomun içindeki elektronların serbest kalması ile oluşur. Fotonlar, güneş ışınım spektrumundaki her dalga boyu için farklı miktarda enerji içerir.
Fotonlar güneş pili hücresi üzerine geldiği zaman, bir kısmı aynen yansıtılır, bir kısmı güneş hücresi tarafından soğurulur ve bir kısmı da güneş hücresinin içinden geçer. Güneş pili tarafından soğurulan fotonlar elektrik üretir.
Güneş ışığı, düşük enerjili kızılötesi fotonlarla yüksek enerjili mor ötesi fotonları ve arada kalan görülebilir ışık fotonlarının birleşimiyle farklı renklerde oluşur. Herhangi bir fotovoltaik malzeme, kendine özgün bant genişliğine bağlı olarak, bu enerjilerin dar bir aralığına cevap verir.
Bant genişliği, atoma bağlı ve elektronlar dolu değerlik bandındından, elektronların serbest hareket ettiği boş iletim bandına bir elektron göndermek için gerekli enerji miktarına denir. Birimi ise elektron volt olup eV sembolü ile gösterilir.
Eğer yarı iletken n-tipi elektriksel negatif bir malzeme oluşturmak için katkı atomlarına bağlanırsa, onun zaten iletim bandında birkaç tane elektronu vardır. Bunun tam tersi ise p-tipi pozitif bir malzeme, değerlik bandında elektronları veya boşlukları bırakmak için bağlanır.
N ve P tipi arasındaki bağlantı, bir voltaj beslemesi oluşturur. Gelen fotonlar absorbe edildiğinde, elektronlar eklemin pozitif tarafına, boşluklar ise negatif tarafa doğru hareket eder. Bu hareket neticesinde elektrik akımı meydana gelir.
Bir fotovoltaik hücreye gelen fotonların oluşturduğu eklemin pozitif tarafına doğru yönelen serbest elektronlar elektrik akımı oluşturur.
Güneş pillerinin kullanım alanları çok yaygındır, başlıca kullanım alanları ise şunlardır;
Güneş pili çeşitleri 4 ana teknolojiden oluşur . Bunlar kristal yapı teknolojisi, ince film teknolojisi, birleşik teknoloji ve nanoteknoloji olarak sıralanabilir. Tüm güneş pili çeşitleri ise aşağıda sıralanmıştır.
Tek katmanlı inorganik güneş pili, elektronlardan birisi yarı iletken olan ve farklı elektrokimyasal potansiyele sahip 2 metal elektrot arasına yerleştirilen silikon gibi inorganik yarı iletkenden oluşur. Tek katmanlı olan inorganik güneş pilleri’nin verimleri oldukça düşüktür.
2 katmanlı inorganik güneş pili n-tip ve p-tip olmak üzere 2 yarı iletken kullanılarak yapılır. Bu hücrelerde yük ayrımı, n-tip ve p-tip yarı iletkenleri arasındaki sınıra yakın bölgede gerçekleşir. İnorganik hücreler kimyasal ve ısı bakımından oldukça kararlı güneş hücreleridir. Günümüzde bu solar piller %30’a kadar verim sağlayabilmektedir.
Tek kristal silisyum güneş pili, solar panel yapımında sıkça kullanılmaktadır. Tek kristal silisyum malzemesinin maliyeti oldukça yüksektir. Bu yüzden çok kristalli güneş hücresi daha yoğun kullanılmaktadır. Silisyum maddesinin güneş pili yapımında yaygın olarak kullanılmasının pek çok sebebi vardır. Bunlar silisyumun elektriksel, optik ve yapısal özelliklerini uzun süre koruyabilmesinden dolayıdır.
Saf tek kristal silisyum teknolojisi oldukça pahalı ve zordur. Dünya’da oksijenden sonra en çok silisyum elementi bulunur. Bu elementin ise kum ve kuvars biçimleri en yaygın olanlarıdır. Kum saflık yapısı çok az olduğu için tercih edilmez. Ama kuvars maddesinin yaklaşık %90’ı silisyumdan oluşur. Kuvars birçok işlemden geçirilerek %99 gibi bir saflıkta silika elde edilir. Daha sonra silika’dan da silisyum elde edilir.
Bu aşamalardan sonra, silisyum saflaştırılarak yarı iletken özelliği taşıyan çok kristalli silisyum elde edilir. Çok kristalli silisyum elde edilme aşamasına kadar olan süreçler oldukça maliyetlidir.
Yarı iletken özellikteki saf çok kristalli silisyum elde etmek için, çok kristalli silisyum tekrar eritilir ve büyütülür. Çekirdekler çok düşük hızda ergimiş silisyum banyosundan çekilir. Böylece ince tek kristalli tabakaların büyümesi sağlanır.
Ticari olarak kullanılan silisyum (Si) güneş pillerinin çoğu bor katkılı tek kristal dilimlerden (400 mikron kalınlığında) Czochralski (CZ) işlemiyle üretilirler. CZ işlemiyle üretilen güneş pillerinde kafes bozuklukları oluşmaz.
Kristal silikon piller, güneş pili pazarının yaklaşık %80’ini oluşturmaktadır. Bu güneş hücresi çeşidinin verimi %15 ila %23 arasında değişmektedir.
Çok kristal silisyum güneş pili malzemesi, elektriksel, optik ve yapısal olarak aynıdır. Damarların boyutları kalitesi ile doğru orantılıdır. Damarların arasındaki süreksizlik, elektriksel yük taşıyıcılarının aktarılmasında engelleyici rol oynar.
Çok kristal silisyum hücrelerin üretimi daha kolay ve az maliyetlidir. Çok kristalli silisyum maddesi üretiminde dökme yöntemi kullanılmaktadır. Üretim aşaması kısaca şu şekildedir. İlk olarak tek kristalli silisyum’un elde edilmesi için yapılan işlemlerin bir çoğu aynen yapılır. Erimiş yarı iletken silisyum, kalıplara dökülerek soğuması beklenir. Kalıplardan elde edilen bloklar kare şeklinde kesilir. Bu yöntemle üretilen güneş pili daha az verimlidir. Ama maliyeti oldukça düşüktür. Çok kristalli silisyum (pc-Si) güneş pili verimi %12-15 arasında değişmektedir.
İnce film güneş pili, üst üste yerleştirilen aşırı ince yarı iletken katmanlardan oluşur. İnce film güneş hücresi, çok çeşitli malzemelerden yapılabilir. Ticari olarak kullanılan ince film güneş pili amorf silikondan yapılır. Bunun dışında yapımında çok kristal bakır indiyum diseleneid ve kadmiyum tellür de kullanılır.
İnce film hücre teknolojisinde farklı çökeltme yöntemleri kullanılır. Bu yöntemler oldukça ucuzdur. Ayrıca kullanılan bu yöntem ile 2×2 inç büyüklüğünde güneş pili elde edilebilir. Katmanlar maliyeti düşük olan cam veya plastik esaslı malzeme üzerinde çökeltilir.
Normalde tek kristal silikon, solar modül içinde bireysel şekilde birbirine bağlı olarak tasarlanırken, ince film cihazlar tek bir ünite olarak yapılabilir. Yarı iletken malzeme ve arka elektrik kontaklarına, yansıtmayan özellikli kapmala ve iletken oksit katmanlar eklenir.
İnce film güneş pili %8-12 arasında bir verime sahiptir.
Cam gibi amorf yapıdaki katı malzemelerin atomları belli bir düzende sıralanmamıştır. Bunun gibi malzemeler tam anlamıyla kristal bir yapı oluşturmaz. Ayrıca çok sayıda yapısal ve bağlantı hataları içerir.
Eskiden amorf silikonun elektriksel özelliği yalıtkan olarak nitelendirilmiştir. Ancak sonraki yıllarda, amorf silikonun fotovoltaik piller de kullanılabileceği düşünülmüştür. Günümüzde amorf silikon, düşük güçteki cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Çok işlevsel cihazlar geliştirmek için karbon, germanyum, azot ve kalay ile amorf silikon alaşımları kullanılır.
Amorf silisyum güneş pili, labaratuvar ortamında %13’den daha fazla etkinlik göstermektedir. Galyum arsenit ile yapılan ince film güneş pili %24’den daha fazla verim göstermektedir.
Çok kristalli ince film güneş pili, yarı iletken malzemelerin çok küçük kristal taneciklerinden oluşur. Bu tip güneş hücrelerinde kullanılan malzemeler, silikondan farklı özelliklere sahiptir. Bu hücrelerde, 2 farklı yarı iletken malzeme arasındaki ara yüzey ile daha kolay elektrik alanı yaratılır.
Çok kristalli ince güneş pili, pencere olarak isimlendirilen 0,1 mikron’dan daha ince kalınlıktaki bir üst katmana sahiptir. Pencere katmanının işlevi yüksek enerji taşıyan ışınım enerjisini absorbe etmektir.
Yeterli bant boşluğuna sahip olması için, bu katmanın yeteri kadar ince olması gerekmektedir.
1960 yıllarında CuxS-CdS, CuxSe-CdSe ve CuxTe-CdTe ince film güneş pili hücreleri geliştirilmiştir. Bu güneş pillerinin üretimi oldukça basittir. CdS, CdSe ve CdTe filmleri kimyasal çökeltme işlemi ile üretilir.
CuxS, CuxSe ve CuxTe katmanları ise CdS, CdSe ve CdTe filmleri ile birlikte CuCl çözeltisinde 1-2 dakika daldırılarak üretilir. Bu 3 tür güneş pili hücresi de %10’dan fazla verim verebilmektedir. Ancak, bakır kalgonit katmanlar, bakır difüzyonu ile bozulmasından dolayı ar-ge çalışmalarına son verilmiştir. Artık bu güneş pili çeşitleri üretilmemektedir.
Kadmiyum tellür (CdTe) güneş ışınını absorbe etme katsayısı yüksek ve ideal bant genişliğine sahiptir. Kadmiyum tellür ince film güneş pili teknolojisinde gelecek vaad eden fotovoltaik malzeme çeşitlerinden birisidir. Kadmiyum tellür güneş hücresi verimi %15’ten fazladır. Ve bu hücreler ile yapılan güneş paneli modülleri ise %9’dan daha fazla verime sahiptir.
Kadmiyum tellür diğer ince film güneş pili teknolojilerine kıyasla daha kolay depolama ve daha geniş ölçekli üretime daha uygundur.
Kadmiyum tellür (CdTe), periyodik cetvelin 2.grup elementi olan kadmiyum elementi (Cd) ve 6.grup Tellür (Te) elementinin bir araya gelemesiyle oluşan yarı iletkendir. CdTe 1,45 eV düzeyinde bant boşluğuna sahiptir. Bu değer güneş pilleri ile elektrik elde etmek için çok uygun bir değerdir. CdTe’nin optik absorbe düzeyi ise 10^5/cm olup, oldukça yüksek bir değerdir.
Bu özelliğinden dolayı p-tip iletkenlik sağlamak için fotovoltaik uygulamalar da çok uygun bir malzemedir. Bileşik 400 C (santigrad) sıcaklıkta stokiyometrik formda kolaylıkla geliştirilebilir.
Periyodik cetvelin 1., 3. ve 6. grup elementlerinin üçünün veya daha fazlasının bir araya gelmesiyle oluşan yarı iletkendir. Bu yarı iletkenin absorbe etme katsayısı oldukça yüksektir.
Bakır indiyum diseleneid güneş pili, bakır, indiyum ve selenyum ile yapılan birleşik yarı iletken malzemeden üretilir.
Bu ince film güneş pili teknolojisinin diğerlerin üstünlükleri şunlardır;
CIS güneş pili oldukça yüksek soğurganlık özelliğine sahiptir. Bu malzemenin ilk 1 mikron kalınlığında ki katmanı, gelen ışınların %99’unu absorbe edebilir. Dış ortam testlerindeki kararlılığı ise çok iyidir. Bundan dolayı CIS fotovoltaik güneş pili, ticari olarak yaygın kullanılmaktadır. Ayrıca CIS güneş pili hücrelerine Ga (galyum) elementi katılırsa, daha yüksek verim elde edilebilir.
İnce film güneş pili çeşitlerinden bir diğeride Bakır indiyum galyum diseleneid olanıdır. Kısaca CIGS olarak adlandırılır. Bu güneş pili, yarı iletken esnek bir taban üzerine yapılır. CIGS güneş pili diğer ince film güneş hücrelerinden daha yüksek bir verime sahiptir. Birçok ince film güneş pilleri %8 verime sahipken, CIGS güneş hücresi %10 civarında verimliliğe sahiptir.
CIGS ve CdTe güneş pilleri teorik olarak %30 verime sahipken, uygulama koşullarında en fazla %25 verime ulaşmaktadır.
İnce film güneş pili teknolojisinde enn önemli avantaj, ucuz üretim şeklidir. bu güneş modülleri elektriksek olarak içten bağlantılıdır. Ve tek parça halinde üretilebilir. Son yıllarda rulo halinde olan esnek güneş pilleri oldukça popülerdir. Hatta, özellikle solar çatı sistemleri için fleksibil CIGS güneş pili çeşidi kullanılmaktadır. Hafif ve rulo şeklini alabilen bu CIGS güneş pilleri, uzay teknolojisi açısından oldukça yüksek potansiyele sahiptir.
Tek tip malzeme ile yapılan güneş pilleri teorik %30, uygulamada ise %25 verim sağlayabilmektedir. Bu yüzden çok eklemli güneş pili üzerindeki araştırmalar oldukça artış göstermiştir. Çok eklemli güneş pili, 2 veya 2’den fazla yarı iletken katmanlar’dan yapılmaktadır. Bu katmanların birisi mavi ışığı çok iyi absorbe ederken, diğeri kırmızı ışığı daha iyi soğurmaktadır. Bundan dolayı çok eklemli güneş hücresi, tek tip malzemeden yapılan hücrelere göre daha verimlidir.
Teorik olarak ideal güneş pili, mor ötesi ve kızıl ötesi arasında bulunan farklı dalga boylarına ayarlı yüzlerce katmandan oluşabilir. Böyle bir durumda %70 gibi inanılması güç bir verime ulaşabilir. Ancak bu ideal güneş pili uygulama açısından yapılamaz. Bundan dolayı, bilim adamları birkaç katmanlı olan güneş pillerine yoğunlaşmış durumdadır. Günümüzde çok eklemli güneş pili verimliliği %35-40 gibi düzeylere çıkarılabilmiştir.
Nanofotovoltaik teknolojisi geleceğin güneş pili teknolojisidir. Nano-mikro kristalli yüksek verimli güneş hücrelerini kapsamaktadır. NanoPV (nano fotovoltaik) piller, yapılarındaki nano kristal a-Si:H (hidrojen amorf silikon) ve geçirgen iletken (TCLO) teknolojisi ile diğer güneş pillerine göre %8-10 üzerinde verim sağlar.
Nanomateryaller, optik, elektrik ve kimyasal özellikleri açısından oldukça iyidir. Bu yüzden hücre verimide arttırılabilir. Nanofotovoltaik teknolojisinde 3 tip malzeme kullanılır;
Bu materyaller kullanılarak yapılan güneş hücrelerinde, maliyet ve uygulama açısından farklı çözümler üretilebilmektedir. Güneş pili üretiminde iletken olarak çinko (ZnO) ve titanyum (TiO2) nanotelleri kullanılabilir. Bu nanotellerin her birisi saç telinden 1000 kat daha ince olabilmektedir.
Kuantum noktaları değişik yöntemlerle üretilebilen, nanometre büyüklüğünde kristal yarı iletkenlerdir. Kuantum noktalarının avantajları, nokta çapı basit şekilde seçilerek, soğurma eşiğinin ayarlanmasına imkan vermesidir. Kuantum noktaları genelde yapay atomlar olarak adlandırılır. Bu noktalar 3 boyutlu kısıtlamaları ayarlayarak, enerji taşıyıcılarını kontrol olanağı sağlar.
Kuantum noktası, yarı iletken malzemenin nanometre büyüklüğündeki granülüdür. Bu nanokristaller, elektronlar için 3 boyutlu kanal işlevini yaparlar.
p-i-n tasarımındaki güneş pili, iç kısmındaki sıralı diziler içerisine tek boyutlu nokta yerleştirilerek, teorik açıdan %63 verim elde edilebilir. Kuantum noktalı malzemeler nanometre seviyesindedir ve bant genişliği ayarlanabilir.
Kuantum noktalı güneş pili veriminin artmasının nedeni alt boşluk enerjilerinin absorbe edilmesi için noktaların kaynaştırılmasıdır. Bu yöntem ile akım çekildiğinde sıradan çok eklemli hücrenin veriminden daha yüksek verim elde edilebilir. Verim değeri, fotonların enerjisi ile değil, konukçu bant boşluğu ile sınırlıdır.
Boya duyarlı güneş pili hücreleri, silikon gibi yarı iletken ve su gibi çözücü sıvı içinde eriyen tuzla oluşturulmuş bir iletim çözeltisi olan elektrolit sıvı içerir. Yarı iletken ve elektrolit, güneş ışınımı hücrenin üzerine ulaştığında, üretilen yakın bağlı elektron-boşluk çiftlerini ayırmaya çalışır. Işınım tarafından indüklenen yük taşıyıcıların kaynağı, güneş pili hücrelerine ismini veren ışığa duyarlı boyalardır.
Yaygın olarak kullanılan boya ise iyodürdür. Ayrıca, titanyum dioksit (TiO2) gibi nanomalzeme, boya moleküllerini iskelet bir yapıda tutmak için kullanılır. Boya duyarlı hücrelerin güneş pili uygulamalarında ki kullanımı, bitkilerdeki klorofil hareketinin taklit edilme çalışmalarının başlangıcına kadar dayanır. Bu yöntem bitkilerdeki fotosentez yöntemi ile aynıdır.
Bu hücrelerin en önemli gelişimi 1991’de ki çalışmadır. Bu çalışmada, TiO2 nanoparçacığı daha verimli ve kararlı olan rutenyum (ru) tarafından algılanarak oluşturulan kompleks boya kullanılarak, ışığı soğuran boya geliştirilerek yapılmıştır.
Moduled Elektronik , 2007 yılında yenilenebilir enerji teknolojilerinde kaliteli bir hizmet anlaşı ile faliyet göstermek üzere kurulmuş genç, dinamik ve yenilikçi bir firmadır.
Aşağıdaki bilgilerden bize ulaşabilirsiniz.