• • • 1. 1. سلول‌های چندبلوری

       

   

لایه های چندبلوری به وسیله فرایند ریخته‌گری تهیه می شوند . سیلیسیم مذاب را در یک قالب می ریزندو اجازه می دهند متبلور شوند. لایه های چند بلوری که به وسیله ریخته‌گری درست شده‌اند عمدتاً ارزان‌تر هستند و بازده پایین‌تر دارند ( به خاطر نقص در ساختار بلور حاصل از فرایند ریخته‌گری) .

• • • 1. 1. سیلیسیم بی شکل

       

   

اگر یک لایه سیلیسیم روی شیشه یا یک ماده دیگر قرار گیرد معروف به سلول لایه بی شکل یا نازک است. ضخامت این لایه کمتر از یک میکرومتر است(ضخامت یک موی انسان: ۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر ) بنابراین تولید این سلول ها و هزینه آن پایین‌تر است.به هر حال، بازده سلول‌های بی شکل خیلی پایین‌تر از دو سلول دیگراست. به این علت است که، اساساً آنها در وسائل با توان کم به کار رفته‌اند .

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

• 1. 1. سیلیکون چگونه سلول خورشیدی را می‌سازد؟

   

سیلیکون خواص شیمیایی ویژ‌ه‌ای بخصوص در ساختار بلورینش دارد. یک اتم سیلیکون، ۱۴ الکترون دارد که در سه پوسته‌ی محتلف روی هم قرار گرفته‌‌اند. دولایه‌ی اول نزدیک‌تر به مرکز کاملاً پر شده‌اند. ولی لایه‌ی بیرونی با داشتن ۴ الکترون نیمه‌پر است. به طوری که اتم سیلیکون همیشه در جستجوی راهی برای پر کردن لایه‌ی اخر است (تا ۸ الکترون را کامل بگیرد). برای انجام این کار، این الکترون‌ها را با ۴ تا از اتم‌های سیلیکون همسایه‌اش شریک خواهد کرد.
هر اتم تمایل دارد که موقعیت خود را با اتم‌های همسایه‌اش حفظ کند، فقط در این مورد هر اتم از ۴ سمت به ۴ همسایه‌اش متصل است. این قالب ساختار بلوری است و ایجاد این ساختار برای این نوع سلول PV  اهمیت دارد. سیلیکون بلوری خالص را تعریف کردیم. سیلیکون خالص رسانای ضعیف الکتریکی است، زیرا هیچ‌یک از الکترون‌های آن  مثل الکترون‌ها در رساناهای خوبی چون مس، به اطراف حرکت نمی‌کنند. در عوض الکترون‌ها در ساختار بلوری کاملاً قفل شده‌ای قرار دارند. سیلیکون در یک سلول خورشیدی کمی تغییر می‌کند؛ چراکه همچون یک سلول خورشیدی عمل خواهد کرد.
سلول خورشیدی سیلیکون را به همراه ناخالصی‌هایی دارد (اتم‌های دیگری با اتم‌های سیلیکون آمیخته می‌شوند، با تغییر دادن روش‌هایی که یک ذره‌ی عمل می‌کند). معمولاً تصور می‌کنیم که ناخالصی‌‌ها چیزهای نامطلوبی‌اند. ولی در اینجا سلول بدون وجود ناخالصی به کار نمی‌افتد! این ناخالصی‌ها به منظور خاصی افزوده می‌شوند. سیلیکون را با یک اتم فسفر در دوطرف در نظر بگیرید؛ شاید برای هر یک میلیون اتم سیلیکون فسفر در لایه‌ی خارجی‌اش ۵ الکترون دارد نه ۴ تا. همیشه با اتم‌های سیلیکون مجاورش پیوند می‌خورد، ولی به یک مفهوم، فسفر الکترونی دارد که از هیچ طرف به چیزی متصل نیست. بخشی از یک پیوند شکل نمی‌گیرد،‌ولی یک پروتون مثبت در هسته‌ی فسفر آن‌را در جایی نگه می‌دارد.
وقتی انرژی به سیلیکون خالص اضافه می‌شود (مثلاً به‌صورت گرما)، می تواند موجب شود که پیوند تعدادی از الکترون‌ها شکسته شود و اتم‌هایشان را ترک کنند. یک حفره در هر نمونه از آزاد شده است. سپس این الکترون‌ها، به طور اتفاقی پیرامون شبکه‌ی بلوری پراکنده می‌شوند و حفره‌ی دیگری را جستجو می‌کنند که درون آن سقوط کنند. این الکترون‌ها «حامل‌های آزاد» نامیده می‌شوند و می‌توانند جریان الکتریکی را جابه‌جا کنند. بنابراین تعداد کمی از آن‌ها در سیلیکون خالص وجود دارند (هر چند خیلی مفید نیستند). سیلیکون ناخالص که با اتم‌های فسفر ترکیب شده داستانی متفاوت دارد. انرژی بسیار کم‌تری برای ضربه‌زدن به یکی از الکترون‌های سُست «اضافی» فسفر صرف می‌شود؛ زیرا آن‌ها در یک پیوند، مقید نشده‌اند (همسایگانشان مانع آن‌ها نشده‌اند). این فرایند اضافه کردن ناخالصی را «ناخالص سازی» می‌نامیم. سیلیکون به‌دست آمده به دلیل پخش الکترون‌های آزاد «نوع N» نامیده می‌شود (Negative). سیلیکون آلاییده‌ی نوع N ، رسانای بسیار بهتری نسبت به سیلیکون خالص است.
در واقع فقط بخشی از سلول خورشیدی از نوع N است. سایر قسمت‌ها با «بور» آلاییده می‌شوند که به جای ۴ الکترون فقط ۳ الکترون در لایه‌ی بیرونی خود دارد، بدین ترتیب سیلیکون نوع p می‌شود. سیلیکون نوعp ، (Positive) به جای داشتن الکترو‌ن‌های آزاد،  حفره‌ی آزاد دارد. حفره‌ها در واقع فقط فقدان الکترون‌ها هستند. پس آن‌ها بار قرینه(+) حمل می‌کنند. آن‌ها فقط در اطراف الکترو‌هایی با عملکرد مشابه حرکت می کنند. قسمت جالب وقتی آغاز می‌شود که سیلیکون نوع N را با سیلیکون نوع P به کار ببرید. به یاد داشته باشید که هر سلول PV در نهایت یک میدان الکتریکی دارد. بدون میدان الکتریکی سلول کار نخواهد کرد، و این میدان نیز هنگامی به‌وجود می‌آید که سیلیکون نوع N و نوع P در تماس هستند. فوراً الکترون‌های آزاد سمت N که همدیگر جستجوی حفره ‌ای برای سقوط در آن‌ها می‌باشند، حفره های آزاد سمت P را دیده و در یک یورش ناگهانی آن‌ها را پُر می‌کنند.

• • • 1. 1. ساخت سلول های خورشیدی