Lysabsorptionsbånd for solpaneler
Solpaneler er blevet mere og mere populære i de senere år. De er en omkostningseffektiv, miljøvenlig og vedvarende energikilde. Solpaneler omdanner sollys til elektricitet ved at bruge et specielt materiale kaldet en solcelle. Solcellen er lavet af forskellige materialer, der kan absorbere forskellige bølgelængder af lys.
Lysabsorption i monokrystallinske siliciumsolceller
Monokrystallinsk silicium er et højtydende solcellemateriale. Den har et højt renhedsniveau og en ensartet krystalstruktur, som giver mulighed for bedre elektronmobilitet. Mono-krystallinske silicium solceller har typisk et lysabsorptionsområde på 300 – 1100 nm, med spidsabsorptionsbåndet placeret på omkring 780 nm. Det betyder, at solcellerne kan absorbere det meste af det synlige lysspektrum, samt noget af det nær-infrarøde lys.
Der er dog et mærkbart fald i absorptionseffektivitet ud over 1100 nm. Dette skyldes, at monokrystallinsk silicium er et indirekte båndgab-materiale. Materialer med indirekte båndgab har en højere energitærskel for elektroner til at bevæge sig fra valensbåndet til ledningsbåndet. Det betyder, at fotoner med lavere energi ikke kan absorberes effektivt af materialet. Derfor er monokrystallinske siliciumsolceller ikke i stand til at absorbere en væsentlig mængde af lyset med længere bølgelængde (lavere energi).
Lysabsorption i tyndfilmssiliciumsolceller
Tyndfilmssiliciumsolceller er lavet af flere lag silicium med varierende tykkelser og dopingmidler. De er typisk billigere at fremstille end monokrystallinske siliciumsolceller. Lysabsorptionsområdet for tyndfilmssiliciumsolceller er forskelligt fra monokrystallinske siliciumsolceller. Tyndfilmssilicium absorberer lys i et bredere område af bølgelængder, specifikt i området 400 – 800 nm. Det betyder, at de kan absorbere det meste af det synlige lysspektrum, men ikke så meget af det nær-infrarøde lys som monokrystallinsk silicium.
Tyndfilmssiliciumsolceller kan yderligere kategoriseres i tre typer: amorft silicium (a-Si), mikrokrystallinsk silicium (μc-Si) og nanokrystallinsk silicium (nc-Si). Hver type har et forskelligt båndgab og absorptionsområde. Amorft silicium har et båndgab på omkring 1,7 eV og kan absorbere lys i området 300 – 800 nm. Mikrokrystallinsk silicium har et båndgab på omkring 1,3 eV og kan absorbere lys i området 400 – 700 nm. Nanokrystallinsk silicium har et båndgab på omkring 2,0 – 2,2 eV og kan absorbere lys i området 300 – 600 nm.
Som konklusion har monokrystallinske siliciumsolceller et spidsabsorptionsbånd placeret ved omkring 780 nm og kan absorbere det meste af det synlige lysspektrum såvel som noget af det nær-infrarøde lys. Tyndfilmssiliciumsolceller har på den anden side et bredere absorptionsområde end monokrystallinsk silicium, men ikke så meget nær-infrarødt lys. Det specifikke absorptionsområde og effektivitet afhænger af typen af tyndfilmssilicium. Uanset typen af solcelle giver solpaneler en bæredygtig og vedvarende energikilde. Med yderligere teknologiske fremskridt vil solpaneler kunne levere en endnu større mængde energi med endnu større effektivitet.