Wat zijn dunnefilmzonnepanelen?

1. Wat zijn dunnefilmzonnepanelen?

In tegenstelling tot de zonnecellen van de eerste generatie die zijn gemaakt van enkel- of multikristallijn silicium, worden dunnefilmzonnepanelen vervaardigd met behulp van een enkele of meerdere lagen PV-elementen over een oppervlak dat bestaat uit een verscheidenheid aan glas, plastic of metaal om ze om te zetten zonlicht omzetten in elektriciteit. En de meest gebruikte voor dunnefilm-zonnetechnologie zijn cadmiumtelluride (CdTe), koper-indium-galliumselenide (CIGS), amorf silicium (a-Si) en galliumarsenide (GaAs).

2 De structuur van dunnefilmzonnepanelen

Dunnefilmzonnepanelen bestaan ​​uit een groot aantal dunnefilmzonnecellen en gebruiken lichtenergie (fotonen) van de zon om elektriciteit op te wekken via het fotovoltaïsche effect Het bevat ook lagen, een achterblad en een aansluitdoos, die allemaal samenwerken om de normale werking van de zonnepanelen te garanderen.

Wat zijn dunnefilmzonnecellen?

Dunnefilmzonnecellen zijn elektronische apparaten die zonlicht omzetten in elektrische energie door het fotovoltaïsche effect. Dunnefilmcellen hebben de neiging om veel minder materiaal te gebruiken; het actieve gebied van de cel is gewoonlijk slechts 1 tot 10 micrometer dik. Bovendien kunnen dunnefilmcellen doorgaans worden vervaardigd in een groot oppervlakproces, wat een geautomatiseerd, continu productieproces kan zijn.

Bovendien gebruiken dunnefilmzonnepanelen een dunne laag van een transparant geleidend oxide, zoals tinoxide, om te werken. Terwijl dunnefilmcellen zijn gemaakt van vele kleine kristallijne korrels van halfgeleidermaterialen om het elektrische veld beter te creëren met een interface, een zogenaamde heterojunctie. Over het algemeen kunnen dit soort dunnefilmapparaten als een enkele eenheid worden gemaakt - dat wil zeggen monolithisch - waarbij laag na laag achtereenvolgens op een bepaald substraat wordt afgezet, inclusief de afzetting van een antireflectiecoating en transparant geleidend oxide.

Wat zijn lagen?

Gewoonlijk heeft een dunne-film zonnepaneel een zeer dunne laag (minder dan 0,1 micron) bovenop, de "raamlaag" genaamd, om lichtenergie alleen van het hoogenergetische uiteinde van het spectrum te absorberen. Het moet dun genoeg zijn en een voldoende grote bandafstand hebben (2,8 eV of meer) om al het beschikbare licht door het grensvlak (heterojunctie) naar de absorberende laag te laten. De absorberende laag onder het raam, meestal gedoteerd p-type, uitgerust met een hoog absorptievermogen (vermogen om fotonen te absorberen) voor hoge stroom en een geschikte bandafstand om een ​​goede spanning te leveren.

Wat is achterblad?

Als polymeer of een combinatie van polymeren met verschillende additieven is de backsheet ontworpen om een ​​barrière te vormen tussen de zonnecellen en de buitenomgeving. Hieruit kunnen we zien dat de achterplaat een cruciaal onderdeel is van de duurzaamheid, efficiëntie en levensduur van een zonnepaneel.

Wat is een aansluitdoos?

Als elektrische behuizing die wordt gebruikt om elektrische aansluitingen te huisvesten en te beschermen, is de aansluitdoos speciaal ontworpen om een ​​veilige omgeving te bieden voor elektrische aansluitingen, om onbedoeld contact met onder spanning staande draden te voorkomen en toekomstig onderhoud of reparaties te vereenvoudigen. Meestal wordt een PV-aansluitdoos aan de achterkant van het zonnepaneel bevestigd en fungeert deze als uitgangsinterface. Externe verbindingen voor de meeste fotovoltaïsche modules maken gebruik van MC4-connectoren om eenvoudige weerbestendige verbindingen met de rest van het systeem mogelijk te maken. Er kan ook een USB-voedingsinterface worden gebruikt.

3 De ontwikkelingsgeschiedenis van dunnefilmzonnepanelen

De geschiedenis van dunnefilmzonnepanelen gaat terug tot de jaren zeventig, toen onderzoekers hun eerste onderzoek begonnen naar het gebruik van dunne film (a-Si) van halfgeleiders om zonne-energie te benutten. Destijds ontstond er belangstelling voor dunnefilmtechnologie voor commercieel gebruik. en ruimtevaarttoepassingen bevorderen de ontwikkeling van dunne-film zonne-energie-apparaten van amorf silicium.

In de jaren tachtig vergemakkelijkten technologische ontwikkelingen de uitbreiding van bestaande dunnefilmmaterialen naar nieuwe, zoals cadmiumtelluride (CdTe) en koperindiumgalliumselenide (CIGS), die een hogere conversie-efficiëntie en lagere productiekosten hebben.

De jaren negentig en 2000 waren een tijd van aanzienlijke vooruitgang in de verkenning van nieuwe zonnematerialen van de derde generatie – materialen met het potentieel om de theoretische efficiëntielimieten voor traditionele vaste materialen te overwinnen. Er werden veel nieuwe producten ontwikkeld, zoals kleurstofgevoelige zonnecellen en quantum dot-zonnecellen.

In de jaren 2010 en begin 2020 omvatte de innovatie op het gebied van dunnefilm-zonnetechnologie onder meer inspanningen om de derde generatie zonnetechnologie uit te breiden naar nieuwe toepassingen en om de productiekosten te verlagen. In 2004 behaalde het National Renewable Energy Laboratory (NREL) een wereldrecord rendement van 19,9% voor een CIGS-dunnefilmmodule. In 2022 werden flexibele organische dunnefilmzonnecellen in stof geïntegreerd.

Tegenwoordig maken flexibele organische dunne-filmzonnecellen die in fabricage zijn geïntegreerd, ze een betere keuze dan traditionele siliciumpanelen. En dunne-filmtechnologie beslaat ongeveer 19% van de totale Amerikaanse zonne-energie. marktaandeel in hetzelfde jaar, inclusief 30% van de productie op nutsschaal.

4.De soorten zonnepanelen

Er zijn verschillende soorten materialen die worden gebruikt voor de vervaardiging van dunnefilmzonnecellen. Op basis van hun grondstoffen kunnen ze in vier soorten worden verdeeld 

l Cadmiumtelluride (CdTe) dunnefilmpanelen zijn een type zonnepaneel dat gebruik maakt van een dunne laag cadmiumtelluride, afgezet op een substraatmateriaal, zoals glas of roestvrij staal, als halfgeleidermateriaal. Ze zijn niet alleen licht van gewicht en eenvoudig te installeren, maar hebben ook een hoge energieproductie bij weinig licht, wat betekent dat ze zelfs bij bewolkt of bewolkt weer elektriciteit kunnen opwekken. Er wordt geschat dat CdTe dunnefilmzonnepanelen onder standaard testomstandigheden (STC) een efficiëntie van 19% bereikten, maar afzonderlijke zonnecellen hebben een efficiëntie van 22,1% bereikt. Er zijn echter enige zorgen over de toxiciteit van cadmium, omdat het een zwaar metaal is dat schade aan het milieu kan veroorzaken als het niet op de juiste manier wordt verwijderd.

l Koper-indium-galliumselenide (CIGS) dunnefilmpanelen worden vervaardigd door een molybdeen (Mo)-elektrodelaag over het substraat te plaatsen via een sputterproces Vergeleken met andere PV-technologieën hebben ze een hoog rendement en kunnen ze in de toekomst een theoretisch rendement van 33% bereiken. Bovendien zijn ze minder gevoelig voor barsten of breken en zijn ze gemakkelijk te bedienen. Ondanks deze voordelen zijn de kosten echter relatief duurder dan bij andere technologieën, wat de verdere ontwikkeling ervan kan belemmeren.

l Dunnefilmpanelen van amorf silicium (a-Si) worden vervaardigd door glasplaten of flexibele substraten te verwerken, samen met een p-i-n- of n-i-p-configuratie. Voordelen van a-Si dunnefilmpanelen zijn onder meer hun flexibiliteit en lichtgewicht constructie, waardoor ze ideaal zijn voor gebruik in draagbare toepassingen, zoals kamperen of het voeden van externe sensoren. Omdat het geleidende glas voor deze panelen echter duur is en het proces langzaam is, is de prijs ervan relatief duur: bijna $ 0,69/W.

l Galliumarsenide (GaAs) dunnefilmpanelen zijn complexer dan het productieproces voor gewone dunnefilmzonnecellen. Vermeldenswaard is dat ze een hoog rendement bereiken van wel 39,2% en beter bestand zijn tegen hitte en vocht. Niettemin maken de productietijd, de kosten voor de materialen en de materialen met hoge groei het een minder haalbare keuze.

5. De toepassingen van dunnefilmzonnepanelen

Als opkomende klasse van alternatieven voor silicium-fotovoltaïsche zonne-energie worden dunnefilmzonnepanelen voornamelijk op de volgende gebieden gebruikt.

l Gebouwgeïntegreerde fotovoltaïsche zonne-energie (BIPV)

Omdat dunnefilm-PV-panelen tot 90% lichter kunnen zijn dan siliciumpanelen, is een toepassing die wereldwijd enorm populair begint te worden BIPV, waarbij de zonnepanelen worden bevestigd aan dakpannen, ramen, zwakke structuren enzovoort. Aanvullend,  Sommige soorten dunnefilm-PV kunnen semi-transparant worden gemaakt, waardoor de esthetiek van huizen en gebouwen behouden blijft en tegelijkertijd de mogelijkheid van zonne-energieopwekking mogelijk wordt gemaakt.

l Ruimtevaarttoepassingen

Vanwege de voordelen van lichtgewicht, zeer efficiënt, een breed bedrijfstemperatuurbereik en zelfs de weerstand tegen schade tegen straling, zijn dunnefilmzonnepanelen, vooral CIGS- en GaAs-zonnepanelen, ideaal voor ruimtetoepassingen.

l Voertuigen en maritieme toepassingen

Een veel voorkomende toepassing van dunnefilmzonnepanelen is de installatie van flexibele PV-modules op daken van voertuigen (vooral campers of bussen) en de dekken van boten en andere schepen, die kunnen worden gebruikt om elektriciteit aan te drijven en tegelijkertijd de esthetiek te behouden.

l Draagbare toepassingen

De draagbaarheid en omvang ervan hebben gezorgd voor een duurzame ontwikkeling in de kleine, zelfaangedreven elektronica- en Internet of Things (IoT)-sector, die naar verwachting de komende jaren aanzienlijk zal groeien. En met de vooruitgang ervan kan het verder worden toegepast op afgelegen locaties met opvouwbare zonnepanelen, zonne-energiebanken, laptops op zonne-energie, enzovoort.

6. De ontwikkelingstrends van dunnefilmzonnepanelen

Met de toenemende acceptatie van zonne-energie wereldwijd, de implementatie van strikte energiebeperkingen en de toenemende inspanningen van de overheid om groene bronnen in het elektriciteitsnet te integreren, wordt verwacht dat dunnefilmzonnepanelen in 2030 ongeveer 27,11 miljard dollar zullen opleveren, met een opmerkelijke CAGR van 8,29% ten opzichte van 2030. 2022 tot 2030 De stijging wordt veroorzaakt door de voordelen ervan en R&D, omdat ze uiterst economisch en gemakkelijk te maken zijn, minder materiaal gebruiken en minder afval produceren. En de R&D om het uithoudingsvermogen en de prestaties van zonnecellen te verbeteren, zal ook nieuwe kansen voor marktgroei creëren.

Maar kansen gaan gepaard met uitdagingen. De hoge mate van concurrentie, een veranderend regelgevingsklimaat en de beschikbaarheid van schaarse financiën en middelen zorgen ervoor dat ze momenteel misschien niet in staat zijn een aanzienlijk deel van het mondiale marktaandeel te veroveren.

7 De investeringsanalyse van dunnefilmzonnepanelen

De markt voor dunnefilmzonnecellen lijkt zich de afgelopen jaren te ontwikkelen, gedreven door verschillende factoren.

l Producttypeanalyse

In 2018 produceerde CdTe elektriciteit tegen een prijs die aanzienlijk lager was dan of vergelijkbaar was met die van conventionele energiebronnen op fossiele brandstoffen. Vanwege de niet-giftige, goedkope exploitatie- en productiekosten domineert de categorie cadmiumtelluride momenteel de wereldwijde markt voor dunnefilmzonnecellen, en er wordt verwacht dat deze gedurende de voorspellingsperiode in het snelste tempo zal blijven groeien.

l Eindgebruikersanalyse

De toenemende ontwikkeling en het toenemende onderzoek om de installatie- en onderhoudskosten te verlagen, kunnen de behoeften van de consument stimuleren. In 2022 domineerde de nutsmarkt de wereldwijde markt voor dunne-filmzonnecellen, en er wordt voorspeld dat deze zich gedurende de prognoseperiode in het snelste tempo zal blijven ontwikkelen. . Omdat dunnefilmzonnepanelen veel langzamer degraderen, bieden ze een potentieel alternatief voor de traditionele c-Si-zonnepanelen.

l Regionale analyse

Azië-Pacific was in 2022 de grootste regio ter wereld voor dunnefilmzonnecellen, en er wordt verwacht dat deze regio in het hoogste tempo zal blijven groeien, wat wordt bepaald door vele factoren. Als grootste zonne-PV-markt ter wereld zal China bijvoorbeeld de doelstelling voor hernieuwbare energie tegen 2030 verhogen van 20% naar 35%. En fotovoltaïsche zonne-energiefaciliteiten op utiliteitsschaal in China maken meestal gebruik van dunnefilmtechnologie. Bovendien heeft Japan ook verklaard van plan te zijn in de toekomst uitsluitend duurzame energie te gebruiken.

8 Dingen om te overwegen voor hoogwaardige dunnefilmzonnepanelen

Bij het kopen van zonnepanelen moet niet alleen rekening worden gehouden met de prijs en kwaliteit, maar ook met andere factoren.

lEfficiëntie: Een hoog rendement kan een groter deel van de zonne-energie omzetten in elektriciteit. Over het algemeen kan het hebben van een hogere concentratie ladingsdragers de efficiëntie van de zonnecel verhogen door de geleidbaarheid te vergroten. De toevoeging van een concentrator aan een zonnecel helpt niet alleen om de efficiëntie te verhogen, maar kan ook de ruimte, materialen en kosten die nodig zijn om de cel te produceren verminderen.

l Duurzaamheid en levensduur: Sommige dunnefilmmodules hebben ook problemen met degradatie onder verschillende omstandigheden. Van alle materialen vertoont CdTe de beste weerstand tegen prestatieverslechtering door temperatuur. En in tegenstelling tot andere dunnefilmmaterialen heeft CdTe de neiging redelijk veerkrachtig te zijn tegen omgevingscondities zoals temperatuur en vocht, maar flexibele CdTe-panelen kunnen prestatieverslechtering ervaren onder toegepaste spanningen of spanningen.

Gewicht: Het verwijst naar de dichtheid van het dunnefilmzonnepaneel. Over het algemeen zijn dunnefilmzonnepanelen licht van gewicht, dus u hoeft niet bang te zijn dat er gewicht op uw dak komt te staan. Desalniettemin moet er bij de keuze ervan nog steeds rekening worden gehouden met het gewicht, om ervoor te zorgen dat deze tijdens de installatie niet overbelast raakt.

l Temperatuur: Hiermee wordt bedoeld de minimale en maximale temperatuur waarbij het Thin Film zonnepaneel kan functioneren. Over het algemeen wordt aangenomen dat de beste dunne-filmzonnepanelen een minimumtemperatuur van -40°C en een maximumtemperatuur van 80°C hebben.