1. Kako učiniti solarne ćelije pretvoriti svjetlosnu energiju u električnu? Solarna ćelija je uređaj koji fotoelektričnim efektom pretvara energiju sunčevog zračenja u električnu energiju. Pod sunčevom svjetlošću, čip fotonaponske ćelije (Photovoltaic Cell), glavna komponenta solarne ćelije, proizvodit će fotoelektrični učinak. Taj se učinak temelji na elektroničkim prijelazima u poluvodičkim materijalima. Kad fotoni pogode površinu poluvodiča, pobude elektrone u materijalu i generiraju električnu struju. Jedna od najčešćih vrsta solarnih ćelija su solarne ćelije na bazi silicija, u kojima kombinacija p-tipa i n-tipa silicija stvara poluvodičko sučelje koje potiče protok elektrona unutar materijala, što u konačnici proizvodi električnu struju.
Da bismo bolje razumjeli kako rade solarne ćelije, možemo uzeti monokristalne silicijske solarne ćelije kao primjer. Ova vrsta solarnih ćelija koristi monokristalne silicijske pločice visoke čistoće, koje imaju urednu i cjelovitu kristalnu strukturu koja olakšava protok elektrona. Kada sunčeva svjetlost udari u površinu solarne ćelije, fotoni pobuđuju elektrone u rešetki silicija, tvoreći parove elektron-rupa. Optimiziranjem mobilnosti elektrona materijala i povećanjem učinkovitosti apsorpcije svjetlosti, znanstvenici rade na poboljšanju ukupne izvedbe solarnih ćelija i čine ih prikladnijima za različite uvjete okoline.
2. Pitanja učinkovitosti solarnih ćelija: Kako poboljšati učinkovitost pretvorbe energije solarnih ćelija?
Učinkovitost solarnih ćelija uvijek je bila vruća tema istraživanja, jer je poboljšanje učinkovitosti izravno povezano s ekonomičnošću i izvedivošću solarnih ćelija u praktičnim primjenama. Kako bi riješili ovaj problem, znanstvenici su napravili mnogo inovacija u dizajnu solarnih ćelija i odabiru materijala.
Ključna inovacija su solarne ćelije s više struktura, kao što su solarne ćelije Huge Solar. Ovaj dizajn poboljšava učinkovitost apsorpcije svjetlosti raspoređivanjem višestrukih spektara različitih raspona valnih duljina na jedan način, čime se poboljšava učinkovitost pretvorbe cijelog baterijskog sustava. Na primjer, neke tandem solarne ćelije postižu širi spektar apsorpcije kombiniranjem silikonskih solarnih ćelija i perovskitnih solarnih ćelija, čime se povećava ukupna učinkovitost.
Što se tiče materijala, razvoj novih materijala također pruža mogućnost poboljšanja učinkovitosti solarnih ćelija. Na primjer, perovskitne solarne ćelije privukle su veliku pozornost zbog svoje izvrsne izvedbe fotoelektrične pretvorbe. Solarne ćelije temeljene na organsko-anorganskim halidnim perovskitnim materijalima postigle su visoku učinkovitost pretvorbe u laboratoriju, što je nadahnulo opsežna istraživanja njihovog potencijala za komercijalnu primjenu.
Uspon solarnih ćelija u području obnovljive energije je očit, ali još uvijek se suočava s nekim izazovima, a jedan od glavnih izazova su stabilnost i dugovječnost. Ekstremni klimatski uvjeti mogu utjecati na performanse solarnih ćelija, a degradacija tijekom dugotrajne upotrebe također je problem koji treba riješiti. Kako bi odgovorili na te izazove, znanstvenici rade na razvoju stabilnijih materijala solarnih ćelija i proizvodnih tehnologija kako bi poboljšali njihovu pouzdanost i trajnost u različitim okruženjima.
U smjeru budućeg razvoja, postupno kretanje prema održivosti i zaštiti okoliša trend je u području solarnih ćelija. Istraživači se ne usredotočuju samo na ponovljivost samih baterija, već također rade na smanjenju utjecaja procesa proizvodnje na okoliš. Na primjer, industrija solarnih ćelija može postati održivija usvajanjem ekološki prihvatljivijih proizvodnih procesa i smanjenjem oslanjanja na ograničene resurse.
Solarne ćelije suočavaju se s ogromnim prilikama usred stalnih izazova i inovacija. Kroz stalna istraživanja i tehnološke inovacije očekuje se da će solarne ćelije igrati važniju ulogu u budućem energetskom sustavu i pružiti čista i održiva energetska rješenja za čovječanstvo.
