Vad är tunnfilmssolpaneler

1. Vad är tunnfilmssolpaneler?

Till skillnad från den första generationens solceller som är gjorda av enkel- eller flerkristallint kisel, tillverkas tunnfilmssolpaneler med ett enda eller flera lager av PV-element över en yta som består av en mängd olika glas, plast eller metall för att konvertera solljus till elektricitet. Och de mest använda för tunnfilmssolteknik är kadmiumtellurid (CdTe), kopparindiumgalliumselenid (CIGS), amorft kisel (a-Si) och galliumarsenid (GaAs).

2 Strukturen hos tunnfilmssolpaneler

Tunnfilmssolpaneler består av ett stort antal tunnfilmssolceller och använder ljusenergi (fotoner) från solen för att generera elektricitet genom solcellseffekten Den innehåller också lager, baksida och kopplingsdosa, alla arbetar tillsammans för att säkerställa normal drift av solpanelerna.

Vad är tunnfilmssolceller?

Tunnfilmssolceller är elektroniska enheter som omvandlar solljus till elektrisk energi genom den fotovoltaiska effekten. Tunnfilmsceller tenderar att använda mycket mindre material - cellens aktiva yta är vanligtvis bara 1 till 10 mikrometer tjock. Dessutom kan tunnfilmsceller vanligtvis tillverkas i en process med stor yta, vilket kan vara en automatiserad, kontinuerlig produktionsprocess.

Dessutom använder tunnfilmssolpaneler ett tunt lager av en transparent ledande oxid, som tennoxid för att fungera. Medan tunnfilmsceller är gjorda av många små kristallina korn av halvledarmaterial för att bättre skapa det elektriska fältet med ett gränssnitt, som kallas en heterojunction. I allmänhet kan denna typ av tunnfilmsanordningar tillverkas som en enda enhet - det vill säga monolitiskt - med skikt på skikt som avsätts sekventiellt på något substrat, inklusive avsättning av en antireflektionsbeläggning och transparent ledande oxid.

Vad är lager?

Vanligtvis har tunnfilmssolpaneler ett mycket tunt (mindre än 0,1 mikron) skikt ovanpå som kallas "fönsterskiktet" för att absorbera ljusenergi från endast den högenergiska delen av spektrumet. Det måste vara tillräckligt tunt och ha tillräckligt brett bandgap (2,8 eV eller mer) för att släppa igenom allt tillgängligt ljus genom gränssnittet (heterojunction) till det absorberande lagret. Det absorberande skiktet under fönstret, vanligtvis dopat p-typ, utrustat med en hög absorptionsförmåga (förmåga att absorbera fotoner) för hög ström och ett lämpligt bandgap för att ge en bra spänning.

Vad är backsheet?

Som en polymer eller en kombination av polymerer med olika tillsatser är underfolien utformad för att ge en barriär mellan solcellerna och den yttre miljön. Av vilket vi kan se att det bakre arket är en kritisk komponent i hållbarheten, effektiviteten och livslängden för en solpanel.

Vad är kopplingsdosa?

Som en elektrisk kapsling som används för att hysa och skydda elektriska anslutningar, är kopplingsdosan speciellt utformad för att tillhandahålla en säker och säker miljö för elektriska anslutningar för att förhindra oavsiktlig kontakt med spänningsförande ledningar och för att förenkla framtida underhåll eller reparationer. Vanligtvis är en PV-kopplingsdosa fäst på baksidan av solpanelen och fungerar som dess utgångsgränssnitt. Externa anslutningar för de flesta solcellsmoduler använder MC4-kontakter för att underlätta enkla väderbeständiga anslutningar till resten av systemet. Ett USB-strömgränssnitt kan också användas.

3 Utvecklingshistorien för tunnfilmssolpaneler

Historien om tunnfilmssolpaneler går tillbaka till 1970-talet, när forskare började sin första utforskning av användningen av tunnfilm (a-Si) av halvledare för att utnyttja solenergi, på den tiden intresset för tunnfilmsteknik för kommersiellt bruk och rymdtillämpningar främjar utvecklingen av amorft kisel tunnfilmssolenheter.

På 1980-talet underlättade framsteg inom teknik expansionen av befintliga tunnfilmsmaterial till nya, såsom kadmiumtellurid (CdTe) och kopparindiumgalliumselenid (CIGS), som har högre omvandlingseffektivitet och lägre produktionskostnader.

1990- och 2000-talen var en tid av betydande framsteg i utforskningen av nya tredje generationens solmaterial – material med potential att övervinna teoretiska effektivitetsgränser för traditionella material i fast tillstånd. Många nya produkter som färgsensibiliserade solceller utvecklades kvantpricksolceller.

Under 2010-talet och början av 2020-talet har innovation inom tunnfilmssolteknik innefattat ansträngningar för att utöka tredje generationens solenergiteknik till nya applikationer och för att minska produktionskostnaderna. År 2004 uppnådde National Renewable Energy Laboratory (NREL) en världsrekordeffektivitet på 19,9 % för en CIGS tunnfilmsmodul. År 2022 integrerades flexibla organiska tunnfilmssolceller i tyget.

Nuförtiden gör flexibla organiska tunnfilmssolceller integrerade i tillverkningen dem till ett bättre val än traditionella kiselpaneler. Och tunnfilmsteknologin fångade ungefär 19 % av den totala U.S. marknadsandel samma år, inklusive 30 % av produktionen i nyttoskala.

4.Typerna av solpaneler

Det finns flera typer av material som används för att tillverka tunnfilmssolceller, baserat på deras råmaterial kan de delas in i fyra typer 

l Kadmiumtellurid (CdTe) tunnfilmspaneler är en typ av solpaneler som använder ett tunt lager av kadmiumtellurid avsatt på ett substratmaterial, såsom glas eller rostfritt stål, som halvledarmaterial. De är inte bara lätta och lätta att installera, de har också hög energiproduktion i svagt ljus, vilket gör att de kan generera el även i molnigt eller mulet väder. Det uppskattas att CdTe tunnfilmssolpaneler nådde en effektivitet på 19 % under Standard Testing Conditions (STC), men enstaka solceller har uppnått en effektivitet på 22,1 %. Det finns dock vissa farhågor om kadmiums toxicitet, eftersom det är en tungmetall som kan orsaka miljöskador om den inte kasseras på rätt sätt.

l Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) tunnfilmspaneler tillverkas genom att placera ett molybden (Mo) elektrodskikt över substratet genom en sputterprocess Jämfört med andra PV-tekniker har de hög effektivitet och kan uppnå en teoretisk verkningsgrad på 33 % i framtiden. Dessutom är de mindre benägna att spricka eller gå sönder och lättmanövrerade. Men trots dessa fördelar är kostnaden relativt sett dyrare än för andra tekniker, vilket kan hämma deras vidareutveckling.

l Amorft kisel (a-Si) tunnfilmspaneler tillverkas genom att bearbeta glasplattor eller flexibla substrat, tillsammans med en p-i-n- eller n-i-p-konfiguration. Fördelarna med a-Si tunnfilmspaneler inkluderar deras flexibilitet och lätta konstruktion, vilket gör dem idealiska för användning i bärbara applikationer, såsom camping eller driva fjärrsensorer. Men eftersom det ledande glaset för dessa paneler är dyrt och processen är långsam, är priset relativt dyrt, nästan 0,69 USD/W.

l Galliumarsenid (GaAs) tunnfilmspaneler är mer komplexa än för vanliga tunnfilmssolceller i tillverkningsprocessen. Det är värt att nämna att de uppnår hög verkningsgrad på upp till 39,2% och är mer motståndskraftiga mot värme och fukt. Ändå gör tillverkningstiden, kostnaden för materialen och högväxande material det till ett mindre lönsamt val.

5. Tillämpningarna av tunnfilmssolpaneler

Som en framväxande klass av alternativ till kiselsolceller används tunnfilmssolpaneler främst inom följande områden.

l Byggnadsintegrerade solceller (BIPV)

Eftersom tunnfilms-PV-paneler kan vara upp till 90 % lättare än silikonpaneler, är en applikation som börjar bli mycket populär över hela världen BIPV, där solpanelerna fästs på takpannor, fönster, svaga strukturer och så vidare. Dessutom,  vissa typer av tunn film PV kan göras halvtransparenta, vilket hjälper till att bibehålla estetiken för bostäder och byggnader samtidigt som det tillåter möjligheten till solenergi.

l Rymdapplikationer

På grund av fördelarna med lätta, högeffektiva, ett brett driftstemperaturområde och till och med skadebeständigheten mot strålning, har tunnfilmssolpaneler, speciellt CIGS- och GaAs-solpaneler, varit idealiska för rymdtillämpningar.

l Fordon och marina applikationer

En vanlig tillämpning av tunnfilmssolpaneler är installationen av flexibla PV-moduler på fordonstak (särskilt husbilar eller bussar) och däck på båtar och andra fartyg, som kan användas för att driva elektricitet samtidigt som de behåller estetiken.

l Bärbara applikationer

Dess portabilitet och storlek har gett den en hållbar utveckling inom små självdriven elektronik och Internet of Things (IoT), som förväntas växa kraftigt under de kommande åren. Och med dess framsteg kan den användas ytterligare på avlägsna platser med vikbara solpaneler, solenergibanker, soldrivna bärbara datorer och så vidare.

6. Utvecklingen av tunnfilmssolpaneler

Med den ökande acceptansen av solenergi över hela världen, implementeringen av strikta energirestriktioner och de ökande statliga ansträngningarna för att integrera gröna källor i nätet, förväntas tunnfilmssolpaneler nå cirka 27,11 miljarder USD år 2030 med en anmärkningsvärd CAGR på 8,29 % från 2022 till 2030 Ökningen drivs av dess fördelar och R&D, eftersom de är extremt ekonomiska och lätt att skapa, använder mindre material och producerar mindre avfall. Och R&D att förbättra solcellernas uthållighet och prestanda kommer också att skapa nya möjligheter för marknadstillväxt.

Men möjligheter kommer tillsammans med utmaning. Den höga konkurrensen, en föränderlig lagstiftningsmiljö samt tillgången på knappa finanser och resurser innebär att de för närvarande kanske inte kan ta en stor del av den globala marknadsandelen.

7 Investeringsanalysen av tunnfilmssolpaneler

Marknaden för tunnfilmssolceller ser ut att utvecklas de senaste åren, vilket drivs av flera faktorer.

l Produkttypsanalys

Under 2018 producerade CdTe el till ett pris som var betydligt lägre än eller i nivå med det för konventionella fossila energikällor. På grund av dess giftfria, billiga drift- och produktionskostnader dominerade för närvarande kadmiumtelluridkategorin den världsomspännande tunnfilmssolcellsmarknaden, och det förväntas att den kommer att fortsätta växa i den snabbaste takten under hela prognosperioden.

l Slutanvändaranalys

Den stigande utvecklingen och forskningen för att sänka installations- och underhållskostnaderna kan öka konsumenternas behov. År 2022 dominerade energimarknaden den världsomspännande tunnfilmssolcellsmarknaden, och det förutspås att den skulle fortsätta att utvecklas i den snabbaste takten under hela prognosperioden . Eftersom tunnfilmssolpaneler bryts ned i mycket långsammare takt, erbjuder de ett potentiellt alternativ till de traditionella c-Si-solpanelerna.

l Regional analys

Asien-Stillahavsområdet var den största regionen i världen för tunnfilmssolceller 2022, och man förväntar sig att den kommer att fortsätta expandera i högsta takt, vilket drivs av många faktorer. Till exempel, som den största solcellsmarknaden runt om i världen, kommer Kina att höja målet för förnybar energi från 20 % till 35 % till 2030. Och solcellsanläggningar i allmän skala i Kina använder mestadels tunnfilmsteknik. Dessutom har Japan också deklarerat sin avsikt att endast använda hållbar kraft i det vidare.

8 Saker att tänka på för högkvalitativa tunnfilmssolpaneler

När du köper solpaneler måste inte bara pris och kvalitet beaktas, andra faktorer bör också tänkas på.

l Effektivitet: Hög verkningsgrad kan omvandla mer av solens energi till elektricitet. Att generellt ha en högre koncentration av laddningsbärare kan öka effektiviteten hos solcellen genom att öka konduktiviteten. Tillägget av en koncentrator till en solcell hjälper inte bara till att öka effektiviteten, utan kan också minska utrymmet, materialen och kostnaden som krävs för att producera cellen.

l Hållbarhet och livslängd: Vissa tunnfilmsmoduler har också problem med nedbrytning under olika förhållanden. Bland alla material visar CdTe det bästa motståndet mot prestandaförsämring med temperatur. Och till skillnad från andra tunnfilmsmaterial tenderar CdTe att vara ganska motståndskraftig mot miljöförhållanden som temperatur och fukt, men flexibla CdTe-paneler kan uppleva prestandaförsämring under applicerade påkänningar eller påkänningar.

l Vikt: Det hänvisar till densiteten hos tunnfilmssolpanelen. I allmänhet är tunnfilmssolpaneler lätt viktade så du bör inte vara rädd för att lägga dödvikt på ditt tak. Ändå måste vikten fortfarande beaktas när man väljer sådana för att säkerställa att den inte överbelastas för installation.

l Temperatur: Detta innebär den lägsta och högsta temperaturen i vilken Thin Film solpanelen kan fungera. I allmänhet anses alla de bästa tunnfilmssolpanelerna ha en lägsta temperatur på -40°C och en maxtemperatur på 80°C.