Modulul 2: Soarele ca sursă de energie primară 22 Modulul 2 ...

Modulul 2: Soarele ca sursă de energie primară
Fig.4.2. Structura unei celule solare simple cu impurificare pin - positive intrinsic negative.
Celulele solare pe bază de materiale semiconductoare în principiu sunt construite ca
nişte fotodiode cu suprafaţă mare care însă nu se utilizează ca detectoare de radiaţii ci
ca surse de curent.Interesant la acest tip de semiconductoare este că prin absorbţie de energie
(căldură sau lumină) eliberează purtători de sarcină (electroni şi goluri). Este nevoie de un
câmp electrostatic intern pentru ca din aceşti purtători să se creeze un curent electric
dirijându-i în direcţii diferite. Acest câmp electric intern apare în dreptul unei joncţiuni p-n.
Pentru că intensitatea fluxului luminos scade exponenţial cu adâncimea, această joncţiune
este necesar să fie cât mai aproape de suprafaţa materialului şi să se pătrundă cât mai adânc.
Această joncţiune se creează prin impurificarea controlată. Pentru a realiza profilul dorit, în
mod normal se impurifică „n” un strat subţire de suprafaţă şi „p” stratul gros de dedesubt în
urma căruia apare joncţiunea. Sub acţiunea fotonilor apar cupluri electron-gol în joncţiune,
din care electronii vor fi acceleraţi spre interior, iar golurile spre suprafaţă. O parte din aceste
cupluri electron-gol se vor recombina în joncţiune rezultând o disipare de căldură, restul
curentului putând fi utilizat de un consumator, încărcat într-un acumulator sau prin
intermediul unui invertor livrat în reţeaua publică. Tensiunea electromotare maximă la
bornele unei celule solare (de exemplu la cele mai utilizate, celulele de siliciu cristaline) este
de 0,5 V.
Structura celulelor solare se realizează în aşa mod încât să absoarbă cât mai multă
lumină şi să apară cât mai multe sarcini în joncţiune. Pentru aceasta electrodul de suprafaţă
trebuie să fie transparent, contactele la acest strat să fie pe cât posibil de subţiri, pe suprafaţă
se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micşora gradul de reflexie a luminii incidente.
Acestui strat antireflectorizant i se atribuie culoarea negru-albăstruie a celulelor solare care
fără aceasta ar avea o culoare gri-argintie. La celulele solare moderne se obţine din nitrat de
siliciu prin procedeul PE-CVD(pe o suprafaţă încălzită se depun în urma unei reacţii chimice
componente extrase dintr-o fază gazoasă) un strat antireflectorizant de cca 70 nm grosime
(sfert de lungime de undă la un coeficient de refracţie de 2,0). Se mai utilizează straturi
reflectorizante din SiO2 şi TiO2 ce se depun prin procedeul AP-CVD. Grosimea stratului
influenţează culoarea celulei (culoarea de interferenţă). Grosimea stratului trebuie să fie cât
se poate de uniformă, deoarece abateri de câţiva nanometri măresc gradul de reflexie.
Celulele îşi datorează culoarea albastră realizării unei grosimi ce corespunde lungimii de
undă a culorii roşii, culoarea cea mai bine absorbită de siliciu. În principiu însă în acest mod
se pot realiza celule roşii, galbene, sau verzi la cerinţe arhitectonice deosebite, dar vor avea
un randament mai slab. În cazul nitratului de siliciu şi a bioxidului de siliciu stratul
antireflectorizant mai are şi un rol de a reduce viteza de recombinare superficială. Dacă la
35