Aurinkopaneelin valon absorptiokaista
Aurinkopaneelien suosio on kasvanut viime vuosina. Ne ovat kustannustehokas, ympäristöystävällinen ja uusiutuva energialähde. Aurinkopaneelit muuttavat auringonvalon sähköksi käyttämällä erityistä materiaalia, jota kutsutaan aurinkokennoksi. Aurinkokenno on valmistettu erilaisista materiaaleista, jotka voivat absorboida eri aallonpituuksia valoa.
Valon absorptio monokiteisissä piiaurinkokennoissa
Monokiteinen pii on korkean suorituskyvyn aurinkokennomateriaali. Sillä on korkea puhtausaste ja yhtenäinen kiderakenne, mikä mahdollistaa paremman elektronien liikkuvuuden. Monokiteisen piin aurinkokennojen valon absorptioalue on tyypillisesti 300–1100 nm, ja huippuabsorptiokaista sijaitsee noin 780 nm:ssä. Tämä tarkoittaa, että aurinkokennot voivat absorboida suurimman osan näkyvän valon spektristä sekä osan lähi-infrapunavalosta.
Absorptiotehossa on kuitenkin havaittavissa oleva pudotus yli 1100 nm:n. Tämä johtuu siitä, että yksikiteinen pii on epäsuora bandgap-materiaali. Epäsuoralla kaistaväliaineella on korkeampi energiakynnys elektronien siirtymiselle valenssikaistalta johtavuuskaistalle. Tämä tarkoittaa, että materiaali ei voi absorboida tehokkaasti fotoneja, joilla on pienempi energia. Siksi monokiteiset piiaurinkokennot eivät pysty absorboimaan merkittävää määrää pidemmän aallonpituuden (pienenergisen) valoa.
Valon absorptio ohuissa silikoni-aurinkokennoissa
Ohutkalvopii-aurinkokennot on valmistettu useista piikerroksista, joiden paksuus ja lisäaineet vaihtelevat. Ne ovat tyypillisesti halvempia valmistaa kuin monokiteiset piiaurinkokennot. Ohutkalvoisten piiaurinkokennojen valon absorptioalue on erilainen kuin monokiteisten piiaurinkokennojen valonabsorptioalue. Ohutkalvopii absorboi valoa laajemmalla aallonpituusalueella, erityisesti alueella 400–800 nm. Tämä tarkoittaa, että ne voivat absorboida suurimman osan näkyvän valon spektristä, mutta eivät yhtä paljon lähi-infrapunavaloa kuin monokiteinen pii.
Ohutkalvopii-aurinkokennot voidaan edelleen luokitella kolmeen tyyppiin: amorfinen pii (a-Si), mikrokiteinen pii (μc-Si) ja nanokiteinen pii (nc-Si). Jokaisella tyypillä on erilainen bandgap ja absorptioalue. Amorfisen piin kaistanväli on noin 1,7 eV, ja se voi absorboida valoa alueella 300–800 nm. Mikrokiteisen piin kaistanväli on noin 1,3 eV ja se voi absorboida valoa alueella 400–700 nm. Nanokiteisen piin kaistaväli on noin 2,0–2,2 eV ja se voi absorboida valoa alueella 300–600 nm.
Yhteenvetona voidaan todeta, että monokiteisillä piiaurinkokennoilla on huippuabsorptiokaista, joka sijaitsee noin 780 nm:ssä, ja ne voivat absorboida suurimman osan näkyvän valon spektristä sekä osan lähi-infrapunavalosta. Ohutkalvoisilla piiaurinkokennoilla on toisaalta laajempi absorptioalue kuin monokiteisellä piillä, mutta ei niin paljon lähi-infrapunavaloa. Ominaisabsorptioalue ja tehokkuus riippuvat ohutkalvopiin tyypistä. Aurinkokennon tyypistä riippumatta aurinkopaneelit tarjoavat kestävän ja uusiutuvan energianlähteen. Teknologian kehittymisen myötä aurinkopaneelit pystyvät tuottamaan entistä suuremman määrän energiaa entistä paremmalla hyötysuhteella.