Razpon pasov absorpcije svetlobe sončne plošče
Solarni paneli so v zadnjih letih vse bolj priljubljeni. So stroškovno učinkovit, okolju prijazen in obnovljiv vir energije. Sončni paneli pretvarjajo sončno svetlobo v električno energijo s pomočjo posebnega materiala, imenovanega sončne celice. Sončna celica je izdelana iz različnih materialov, ki lahko absorbirajo različne valovne dolžine svetlobe.
Absorpcija svetlobe v monokristalnih silicijevih sončnih celicah
Monokristalni silicij je visoko zmogljiv material za sončne celice. Ima visoko stopnjo čistosti in enotno kristalno strukturo, ki omogoča boljšo mobilnost elektronov. Sončne celice iz monokristalnega silicija imajo običajno območje absorpcije svetlobe od 300 do 1100 nm, z najvišjim absorpcijskim pasom pri okoli 780 nm. To pomeni, da lahko sončne celice absorbirajo večino spektra vidne svetlobe, pa tudi nekaj bližnje infrardeče svetlobe.
Vendar pa je opazen upad absorpcijske učinkovitosti nad 1100 nm. To je posledica dejstva, da je monokristalni silicij material s posredno pasovno vrzeljo. Materiali s posredno pasovno vrzeljo imajo višji energijski prag za premik elektronov iz valenčnega v prevodni pas. To pomeni, da fotonov z nižjo energijo material ne more učinkovito absorbirati. Zato monokristalne silicijeve sončne celice ne morejo absorbirati znatne količine daljše valovne (nižje energijske) svetlobe.
Absorpcija svetlobe v tankoslojnih silicijevih sončnih celicah
Tankoplastne silicijeve sončne celice so narejene iz več plasti silicija z različnimi debelinami in dopanti. Njihova proizvodnja je običajno cenejša od sončnih celic iz monokristalnega silicija. Območje absorpcije svetlobe tankoslojnih silicijevih sončnih celic je drugačno od tistega pri monokristalnih silicijevih sončnih celicah. Tankoplastni silicij absorbira svetlobo v širšem razponu valovnih dolžin, zlasti v območju od 400 do 800 nm. To pomeni, da lahko absorbirajo večino spektra vidne svetlobe, vendar ne toliko bližnje infrardeče svetlobe kot monokristalni silicij.
Tankoplastne silicijeve sončne celice lahko nadalje kategoriziramo v tri vrste: amorfni silicij (a-Si), mikrokristalni silicij (μc-Si) in nanokristalni silicij (nc-Si). Vsak tip ima drugačno pasovno vrzel in absorpcijsko območje. Amorfni silicij ima pasovni razmik približno 1,7 eV in lahko absorbira svetlobo v območju 300 – 800 nm. Mikrokristalni silicij ima pasovni pas približno 1,3 eV in lahko absorbira svetlobo v območju 400 – 700 nm. Nanokristalni silicij ima pasovni pas približno 2,0 – 2,2 eV in lahko absorbira svetlobo v območju 300 – 600 nm.
Skratka, sončne celice iz monokristalnega silicija imajo najvišji absorpcijski pas pri okoli 780 nm in lahko absorbirajo večino spektra vidne svetlobe ter nekaj bližnje infrardeče svetlobe. Po drugi strani pa imajo tankoslojne silicijeve sončne celice širši obseg absorpcije kot monokristalni silicij, vendar ne toliko svetlobe v bližnjem infrardečem območju. Specifično območje absorpcije in učinkovitost sta odvisna od vrste tankoslojnega silicija. Ne glede na vrsto sončne celice, solarni paneli zagotavljajo trajnosten in obnovljiv vir energije. Z nadaljnjim napredkom tehnologije bodo solarni paneli lahko zagotavljali še večjo količino energije s še večjo učinkovitostjo.