mono-poly- kristallijn of dunnefilm panelen

 

 Monokristallijn zonnecellen                                             Polykristallijn zonnecellen

mono-crystalline-cell                                                        poly-crystalline-cell

De zonnecellen van een zonnepaneel vormen  de energiebron van het systeem. Zij zetten namelijk de energie in het licht om in elektrische energie. De cellen worden gemaakt van silicium. Het silicium wordt gezuiverd en gesmolten. In de silicium zonnecellen zijn 2 soorten. Polykristallijn en monokristallijn. Zoals de woorden het al aangeven gaat het om de kristallen in het silicium. Door de manier van het productieproces liggen de kristallen bij mono kristallijn netjes in lijn met elkaar en bij poly kristallijn kris kras door elkaar.

               

                                Polykristallijn zonnecellen

Om het verschil te snappen is het handig te weten hoe het verschil veroorzaakt wordt. Dit komt door het fabricage proces. Polykristallijn is het simpelste. Het silicium wordt gesmolten tot een temperatuur van 1500 graden en in bakken afgekoeld. Het silicium gaat natuurlijke kristallen vormen zoals we die bijvoorbeeld kennen van ijskristallen.  Vervolgens worden een soort grote blokken silicium gemaakt van circa 15 bij 15 centimeter en een meter lang. Uit de blokken worden de cellen gezaagd.

                                Monokristallijn zonnecellen

Monokristallijn zonnecellen worden  gemaakt volgens het Czochralski proces. Het silicium wordt gesmolten in een speciale oven. Wanneer het heet genoeg is wordt een speciaal stokje ingehangen. Op dit stokje zit een stukje silicium waarop het gesmolten silicium zich gaat hechten. Het silicium gaat een structuur vormen en groeien. Door het stokje langzaam draaiend uit het silicium bad te trekken ontstaat er een grote ronde staaf van silicium. Door het productieproces staan alle kristallen in dezelfde lijn en vormen homogeen geheel.

In tegenstelling tot poly zonnecellen worden mono cellen uit een ronde silicium staaf gezaagd. Om optimaal van de staaf gebruik te maken hebben fabrikanten het optimale oppervlak berekend. Dit komt erop neer dat van de ronde schijf 4 stukjes afgezaagd worden zodat er een vierkant overblijft met kleine ronde hoekjes. En dat is gelijk één van de punten waar de monokristallijne cellen aan herkend kunnen worden.

De zonnecel heeft dan zijn vorm maar nog niet de mogelijkheid om energie te produceren. Hiervoor wordt deze eerst behandeld zodat er een positieve en negatieve laag op komt. Vervolgens worden er hele dunne lijntjes metaal op de zonnecellen geprint. Deze dunne lijntjes metaal zorgen voor de energie overdracht en deze worden weer aangesloten op dikkere metalen draden. De zonnecel heeft nu een positieve en negatieve kant. Onder invloed van het zonlicht gaat er een stroompje lopen en dit is de energie die we nodig hebben.

                    Verschillen mono en poly zonnepanelen

  1. De kleur. Mono kristallijn zonnepanelen hebben een vrij donkere kleur tegen het zwarte aan. Polykristallijn zonnepanelen hebben een meer blauw paarse kleur. De kleur is ook afhankelijk van de manier van behandelen en kan dus per paneel verschillen.

  2. De structuur. Monokristallijn zonnepanelen hebben een meer effen structuur en het ziet er dus egaler uit. Polykristallijn panelen hebben een gevarieerder structuur.

  3. Het rendement. Normaliter hebben mono kristallijnen zonnecellen meer rendement dan poly kristallijnen cellen. Echter omdat er meer polykristallijn cellen gemaakt worden en het productieproces goedkoper is hebben de fabrikanten dit proces erg kunnen verbeteren. Het verschil is tegenwoordig minimaal.

  4. Gevoeligheid voor licht. Door de structuur zijn monokristallijn zonnepanelen meer gevoelig voor direct zonlicht en poly meer voor difuus licht.

  5. Vorm zonnecel. Polykristallijn zonnecellen zijn vierkant en monokristallijn cellen hebben meestal afgeronde hoeken. Monokristalijnen zonnepanelen hebben daardoor vaak van die witte puntjes in het paneel. Tegenwoordig zijn er echter ook volledig vierkante monokristallijn zonnecellen.

 

                         Dunne-film zonnepanelendunne film

Dunne-film zonnecellen (ook wel thin-film zonnecellen) zijn een relatief nieuwe vinding, die in de toekomst mogelijk de vertrouwde zonnepanelen overbodig maakt. Ze bestaan
uit meerdere lagen en coatings. De dikte van de absorberende laag is slechts 1 micrometer. Er is dus relatief weinig halfgeleidermateriaal nodig. Gevolg hiervan is dat
zonnecellen gebaseerd op dunne-film technologie erg licht, buigzaam en goedkoop zijn. Dunne-film zonnecellen zijn in de meeste gevallen gebaseerd op meerdere materialen. Hiervan is er één direct afgeleid van de bekende silicium zonnepanelen. Nieuwere en duurdere technologieën maken in plaats van silicium gebruik van zwaardere metalen als halfgeleider. Deze materialen, Cadmium Telluride (CdTe), Koper Indium Selenide (CIS) en Koper Indium Gallium Selenide (CIGS) zijn efficiënter in het omzetten van zonlicht naar elektriciteit maar halen desondanks lagere rendementen. Traditionele zonnecellen gebaseerd op siliciumwafels hebben een relatief complex productieproces en zijn dus vrij duur om te maken. Dunne-film zonnecellen gebaseerd op andere materialen zijn, ondanks de hogere materiaalkosten, een stuk eenvoudiger te maken. Een grote recente doorbraak in het fabricageproces van CIGS-zonnecellen heeft het maken van deze cellen een stuk eenvoudiger gemaakt. Grote rollen aluminiumfolie lopen door een pers vergelijkbaar met die van een krant. Deze pers is gemakkelijk in onderhoud. Een printer laat een dunne laag halfgeleidende inkt achter. Dit gebeurt onder normale omstandigheden. In een oudere versie van het proces was een vacuüm vereist. Op de volgende pers wordt afhankelijk van het celtype een laag cadmiumsulfide of zinkoxidebij aangebracht. Vervolgens wordt er een transparante beschermingslaag aangebracht. De vellen worden gesneden tot individuele zonnecellen. Hierbij gaat weinig materiaal verloren.

 

                                              Amorf silicium (a-Si)

Deze film is een directe afgeleide van de gangbare siliciumtechnologie in ‘gewone’ zonnepanelen. Het silicium wordt in dit geval echter opgedampt en afgekoeld voordat het een kristalstructuur kan vormen. Het resultaat is een dunne, flexibele laag die vanwege het gebrek aan orde in de kristalstructuur niet breekbaar is (er is geen splijtingsvlak). Nadeel van deze technologie, is dat amorf silicium onder invloed van zonlicht zijn efficiëntie verliest. Dit kan deels gecompenseerd worden door de lagen nog dunner te
maken, maar het probleem is dat hierdoor het absorptievermogen drastisch afneemt. Moderne technieken richten zich er dan ook op, om het licht als het ware in de cel ‘te vangen’. Als een lichtstraal een aantal malen heen-en-weer kaatst in een zonnecel, wordt hij logischerwijs voor een groter deel geabsorbeerd. Gemiddeld behalen deze cellen een rendement van zo’n 8 a 9%. Gezien de lagere productieprijs, zijn ze per wattpiek goedkoper dan normale panelen. Je hebt wel een groter dakvlak nodig.

 

                                  Koper Indium Selenide (CIS)

De afkorting CIS staat voor de belangrijkste ingrediënten in deze zonnecellen CuInSe2: koper, indium en selenium. Het rendement van deze cellen is hoger dan van amorfsilicium (a-Si) en ligt tussen 10 en 12%. De stof selenium (Se) zorgt ervoor dat het materiaal een goede gelijkmatige structuur heeft met een goede verdeling van de elektronen. Dit heeft duidelijke voordelen bij het ontbreken van direct zonlicht. De CIS zonnepanelen hebben een lager vermogen Wp/m2 maar genereren toch een redelijk hoge kWh productie per m2 . Dit komt met name doordat deze panelen al bij een lagere lichtintensiteit een goede stroomproductie bereiken.

                           Koper Indium Gallium Selenide (CIGS)

Er bestaan eigenlijk twee typen CIGS-zonnecellen, CIGS op glas of CIGS op folie. In geval van een glazen substraat wordt er een extra laagje molybdeen toegevoegd dat als elektrode fungeert. Wordt er een metaalfolie als substraat gebruikt, dan wordt deze direct als elektrode benut. Als andere elektrode wordt een laagje zinkoxide gebruikt. Tevens wordt een laagje cadmiumsulfide toegevoegd om een N-P grenslaag te realiseren. Het uiteindelijke resultaat (voor een cel op folie) is een ‘sandwich’ van metaalfolie-CIGS-cadmiumsulfide-zinkoxide-transparante folie. CIGS cellen hebben in het laboratorium al een efficiëntie van rond de 20% bereikt. De techniek wordt tevens toegepast in de ruimtevaart en is relatief duur.

 

 

                                         Cadmium Telluride (CdTe)

Cadmium Telluride wordt naast CIGS gebruikt in de nieuwere generatie dunne-film cellen. De structuur is vergelijkbaar met een CIGS-cel, alleen worden er andere materialen (tinoxide en koolstofpasta met koper) als elektrode gebruikt. Het bereikte rendement van deze cellen ligt rond de 15%. Het grote nadeel van deze technologie is dat cadmium zeer giftig is. Daarnaast heeft het, net als lood en kwik, de eigenschap zich in de voedselketen op te stapelen. Met name de grotere (zee)dieren lopen dus risico op langzaam opgelopen cadmiumvergiftiging. Momenteel wordt er in diverse laboratoria hard gewerkt aan het ontwikkelen van cadmiumvrije cellen.