راه هایی برای بهبود اتلافات و بالابردن راندمان سلول های خورشیدی

برای بهبود اتلافات و بالابردن راندمان سلول های خورشیدی باید بر روی ساختار سطح برای کاهش اتلافات ناشی از انعکاس اصلاحاتی انجام شود. به طور مثال اگر سطح سلول به صورت یک ساختار هرمی ساخته شود، نور برخوردی به سلول در اثر هر بار برخورد به سطح، داخل خود سطح منعکس می شود، در نتیجه اتلافات اپتیکی تا حد زیادی کاهش می یابد. راه دیگر برای کاهش اتلافات اپتیکی استفاده از مواد با ضریب جذب بالا مانند گالیوم آرسناید (GaAs)، کادمیم تولراید (CdTe) و یا ایندیم مس دیسلاید (CuInSen) می باشد.

سلول های ترکیبی
یکی از روش های بالابردن راندمان سلول ها استفاده از سلول های ترکیبی است. میدانیم مواد مختلف دارای انرژی های اختلاف باند مختلفی هستند و در یک سلول فتوولتائیک فقط فوتون هایی با انرژی بزرگتر یا مساوی انرژی اختلاف باند ماده جذب می شوند و فقط این فوتونها توانایی آزاد کردن الکترون و ایجاد جریان را دارند به عبارتی پاسخ سلول فتوولتائیک به آن قسمتی از طیف خورشید محدود می شود که انرژی بالاتری از انرژی اختلاف باند ماده داشته باشد. یکی از راههای از بین بردن این محدودیت استفاده از دو یا چند ماده با اختلاف باندهای متفاوت ترتیب این لایه ها به این صورت است که ماده ای که دارای بیشترین Eg باشد در بالا و لایه های دیگر به ترتیب انرژی اختلاف باند آنها در زیر این لایه قرار می گیرند. در لایه اول که دارای بیشترین انرژی اختلاف باند اید فوتون هایی که دارای انرژی بالا هستند جذب می شوند و به فوتونهایی با انرژی کمتر اجازه داد می شود که به لایه های پایین تر بروند و توسط ماده دوم با انرژی اختلاف باند کمتر جذب شوند و این روند ادامه می یابد تا به آخرین لایه برسیم. در این سلول ها از درصد بسیار بالاتری از فوتونها استفاده می شود و این تکنیک باعث می شود راندمان بالاتر رود.

سیستم های متمرکز کننده
در این سیستم با استفاده از آیینه و عدسی، شدت نور بالاتری بر روی سیستم متمرکز خواهد شد. سیستم های متمرکز کننده علاوه بر افزایش توان، کاهش اندازه و تعداد سلول ها، دارای راندمان بالاتری نیز هستند. افزایش توان در این سلولها به طراحی و ماده مورد استفاده در سلول بستگی دارد. یکی از مزیت های این سیستم ها قابلیت کوچکتر شدن اندازه سلول می باشد. میدانیم ساخت سلول با مساحت کمتر بسیار ساده تر از ساخت سلول با مساحت زیاد است.
مشکلاتی نیز در استفاده از این سلولها وجود دارند که اساسی ترین آنها قیمت و هزینه می باشد. قیمت یک متمرکز کننده اپتیکی نسبت به پوششی که روی سلول قرار می گیرد. بالاتر است. طراحی آیینه ها و عدسیها باید به گونه ای باشد که در طول روز و حتی در طول سال نور خورشید را ردیابی و متمرکز کنند و ضریب تمرکز نیز باید بالا باشد. همه اینها باعث میشوند که قیمت سلول بالا رود. مشکل دیگری که وجود دارد، این است که هنگامی که ضریب تمرکز بالا می رود تشعشعات بر روی سلول بالا رفته در نتیجه دما افزایش یافته و حرارت بسیار زیادی تولید میشود. با افزایش دمای سلول، راندمان سلول کاهش می یابد و بالا رفتن بیش از اندازه دمای سلول ممکن است زیانهایی را در بر داشته باشد. در این حالت احتیاج به سیستمی داریم تا سلول را خنک کند. البته همان طور که گفته شد گاليوم آرسناید مقاومت زیادی در مقابل دما دارد و می تواند دماهای بسیار بالا را تحمل کند. بنابراین ماده اصلی مورد استفاده در این سلول ها معمولا GaAs می باشد.

سیستم های ردیاب

در سیستم های ردیاب آرایه های فتوولتائیک بر روی یک مکانیزم متحرک قرار می گیرند که این سیستم به گونه ای حرکت می کند که بیشترین تابش نور خورشید را جذب کند (در حقیقت خورشید را در ساعت های مختلف روز تعقیب می کند به طوریکه همیشه اشعه خورشید به طور عمودی بر آن بتابد). دو نوع سیستم ردیاب داریم:
١- سیستم ردیاب تک محوره ۲- سیستم ردیاب دو محوره
سیستم ردیاب تک محوره طوری طراحی شده که خورشید را در طول روز از شرق به غرب تعقیب می کند. زاویه این سلول طوری است که در هر ساعتی از روز ماکزیمم طيف تابشی به صورت عمود بر آن بتابد. این سیستم گاهی با متمرکز کننده نیز به کار میرود.
سیستم ردیاب دو محوره نه تنها خورشید را در طی مسیر روزانه تعقیب می کند بلکه این قابلیت را دارد که خورشید را در طی فصل های مختلف سال در نیم کره شمالی و جنوبی نیز تعقیب کند.