Aurinkosähkö (photovoltaic) on suosituin energian keräämismuoto. Käytetyimmät muodot cSi, aSi maalla ja Ge-GaAs avaruudessa. Aurinkokenno muuntaa valon sähköksi. s.68 eka kalvo.
Etuja:
- halpa hinta
- ohut
- ei liikkuvia osia
- kevyt
- tehokas
- matala jännite
- tulevaisuudessa myös UV-säteilyn ja infrapunasäteilyn (infrared radiation) hyödyntäminen
- läpinäkyvyys
Käyttö:
- satelliiteista laskimiin
- pihavalot
- liikenne varusteet
Aurinkokennojen valmistuksessa on kennotyypeistä riippumatta ongelmia. Ensimmäisen sukupolven kennoilla, eli piistä valmistetuilla kennoilla on kalliit valmistuskustannukset. Toisen sukupolven kennoilla, jotka ovat valmistettu ohuista CIGS-kalvoista, on pieni hyötysuhde verrattuna piikennoihin. Haasteena on toteuttaa kolmas sukupolvesta edullisesti ja hyvällä hyötysuhteella.
DSSC photovoltaic solar sail
Galliumarsenidi (GaAs)
Aurinkosähkö teknologioita
Yksikiteinen pii (Crystalline Silicon, cSi)
Haasteet:
- ei printattava
Amorfinen pii (Amorphous Silicon, aSi)
Edut:
- ohut
- joustava
- tehokas
Haasteet:
- epästabiili
- ei printattava
- ei voida rullata tiukasti
- suorituskyky/tehokkuus 6,5-8%
Kadmiumtelluridi (Cadmium Telluride, CdTe)
Keräyslaitteen pinnalla on erittäin ohut kadmiumsulfidi-kerros, joka mahdollistaa auringonvalon läpäisyn CdTe-kerrokseen. Suurenkaan luokan CdTe-moduulien käyttö ei ole aiheuttanut terveys- tai ympäristöongelmia huolimatta siitä, että kadmium on myrkky. Kadmiumin käyttö ei myöskään tuottanut saasteita.
Edut:
- halvin
Ongelmat:
- kadmium on myrkyllistä
- ongelmajätteen kontrollointi
- ei sovellu kuluttaja hyödykkeisiin
Haasteet:
- ei ole vielä onnistuttu printtaamaan
- ei voida rullata tiukasti
- suorituskyky/tehokkuus 9-11%
CIS ja CIGS
Kupari-indiumdiselenidi (Copper Indium Diselenide, CIS), erityisesti Kupari-indium gallium diselenidi (Copper Indium Gallium Diselenide, CIGS).
Jokainen CIGS-kenno muodostuu molybdeenistä (molybdenum, Mo), p-tyypin puolijohteesta CIGS ja n-tyypin puolijohteesta esim. sinkkioksidi ZnO (Zinc oxide) ja puskurina toimii CdS (Cadmium Sulphide). Eri puolijohdemateriaaleista syntyy heteroliitos.
Linkin kuvassa poikkileikkaus CIGS-aurinkokennoon. Kerrokset ylhäältä alas ZnO, CdS, CIGS ja Mo.
Edut:
- halpa
- pitkäikäinen
- läpinäkyvä
- ei jäteongelmia
- printattava
Haasteet:
- indiumin hinta ja riittävyys
- suorituskyky/tehokkuus 9-11%
Väriaineaurinkokenno (Dye Sensitised Solar Cells, DSSC)
DSSC:n hyötysuhde on jäänyt vielä toivottua alhaisemmaksi, toisaalta hinnan ja tehokkuuden suhde on hyvin kilpailukykyinen. Kennot toimivat kemiallisten reaktioiden avulla, reaktion aikaansaamiseksi tarvitaan elektrolyyttiä.
Pääosat: elektrodi(plus), elektrolyytti ja elektrodi(miinus). Kuva DSSC:n rakenteesta. Elektrolyytti koostuu TiO2:sta (Titaanidioksidi, Titanium dioxide), väriaineesta ja ioneista. Ruteenipohjainen väriaine vangitsee fotoneita ja vapauttaa elektroneja.
webhotel2.tut.fi/units/smg/tp/kurssit/SMG-4450/DSSC1.pdf
Edut:
- toimii kaikella valolla myös polarisoidulla
- low level
- raaka-aineet edullisia
- läpinäkyvä
- jyrkkä valon tulokulma
- läpinäkyvyys/värit
- ei jäteongelmia
- printattava
Haasteet:
- stabiilius
- nesteiden käsittely
- 5 vuoden elinikä?
- ruteniumin hinta
- suorituskyky/tehokkuus 10-15%
Orgaaninen (Organic) – polymer or small molecule – made chemically
active by light so needs excellent barrier layers
Edut:
- mahdollisuudet halvimmaksi
- printattava, helposti myös laajoille alueille
- tiukasti rullattavissa
- taiteltava
- stabiili
Haasteet:
- tulevaisuudessa mahdollisuus suihkuttaa suoraan objektiin
- yhden vuoden elinikä tai kalliit barrier layers
- suorituskyky/tehokkuus 2-6%
Others such as silicon nanoparticle ink, carbon nanotube
CNT and quantum dots
Monikerrosliitos (Multijunction, myös Cascade, Tandem)
Monikerrosliitokset voivat saavuttaa suurimman muuntaminen/tuotto -hyötysuhteen mitä tulee kokonaismäärään, koska ne voit muuntaa laajemmalti valon enegiajakaumaa sähköksi.