Yarıiletken güneş pilleri ve verimlilikleri

Abstract

ÖZET Güneş pilleri güneş ışınlarını doğrudan elektriğe çeviren cihazlardır. Işınların doğrudan elektriğe çevrimi üç ayrı cihaz la olmaktadır. Bunlar fotoemissif selüller, fotorezistans selül ler ve yarıiletken güneş pilleridir. Bu cihazların en kullanışlı sı yarıiletken güneş pilleridir. Yarıiletkenler, birbirinden yasak enerji aralığı ile ayrıl mış, üstte iletim, altta valans bandı bulunan bir band yapısına sahiptirler. Yarıiletkenlerde iletim elektron ve hollerle sağla nır ve mutlak sıfır sıcaklığında yalıtkan gibi davranır. Yarıi letkenlerin iletkenlikleri sıcaklıkla doğru orantılı olup, 103_ 10 (n-cm) arasında değişir. En çok kullanılan yarıiletkenler silisyum ve germanyumdur. Transistor, güneş pili ve FET gibi elektronik elemanların herbiri p-n eklemi içerir, p-n eklemi kristal büyütme esnasında p-tipi yarıiletken içerisinde n-tipi bir bölge veya n-tipi yarı iletken içerisinde p-tipi bir bölge oluşturulmak suretiyle yapı lır. İlk güneş pili 1954 yılında Bell Telephone Laboratuvarmda yapılmıştır. En yaygın kullanılan güneş pilleri silisyum ve gal yum arseniktir. Bu pillerin ideal verimlilikleri sırasıyla % 22 ve % 27 dir. Ancak uygulamada bu pillerin verimi % 12-15 ve % 10 civarında değişmektedir. Bu düşüşlere antiyansıtıcı, toplayıcı, ızgara ve pil yüzeyini koruyan tabakaların soğurma kayıpları se beb olmaktadır. Uygulamada en çok silisyum güneş pilleri kulla nılmaktadır. Çünkü bugün özellikleri en iyi bir şekilde anlaşıl mış ve teknolojisi gelişmiş durumdadır. Galyum arsenik güneş pil-11 leri sıcaklık ve radyasyona, silisyum güneş pillerinden daha da yanıklı olduklarından uzay uygulamalarında kullanılması düşünül mektedir. Galyum arsenik direkt band aralığına sahip olmasından dolayı daha az materyal kullanımını gerektirir, ancak silisyum pillerine göre on kez daha pahalı olmasından dolayı yeryüzü uy gulamalarında kullanılması ekonomik olmamaktadır. Dünya genelinde 1972 yılında toplam güneş pili üretim ka pasitesi 1 MW, 1982 yılında ise bu kapasite 15 MWp olmuştur. Araştırmacılar yeryüzü uygulamaları için daha ekonomik ve yüksek verimle çalışan, uzay uygulamaları için radyasyona ve sı caklığa dayanıklı güneş pilleri yapmak için çalışmalarını büyük bir hızla sürdürmektedirler. 2000 yılından itibaren dünyada üre tilebilen toplam enerjinin % 30 u ve elektrik üretiminin % 10 u güneş pilleriyle elde edileceği tahmin edilmektedir. Güneş pillerinin diğer enerji üretim sistemlerine göre bazı avantajları vardır. Bu avantajlar, sessiz çalışırlar, artık mad deleri olmadığı için hava kirliliği yaratmazlar, uzun ömürlüdür ler.

Ill ABSTRACT The solar cells are the photovotaic devices which convert the sunlight directly into the electrical energy. There are three kinds of solar cells. Theie are photoemissive, photoresistance and semiconductor solar cells. Of these, semiconductor cells are much more important and efficient. Semiconductors have the uppermost conduction band and ¦. below a valence band and a forbidden energy band gap between them. Their electrical conductivities that are strongly temperature dependent are due to the electrons in the conduction band and the holes in the valence band. They vary between 103 and 10 ohms - cm The semiconductor solar cell had first been used by G.L. Pearson and C.S. Fuller and D.M. Chapin in Bell Telephone Labarotory in 1954. Silicon is the most widely used material. Its theoretical efficiency is 22 percent. In pratice the efficîncies drop appeciably because of the surface recombination of the charges, series resis tance and absorption lossesj contact materials. Gallium arsenide solar cells are more resistant to the ra diation than the silicon solar cells. For this reason it is more suitable for the space application. Less gallium arsenide materials are necessary for the solar cells. It is because gallium arsenide has a direct band gap whereas silicon has indirect band gap. Still, economically gallium arsenide solar cells come out more expensive than silicon solar cells. The production capacity of the solar cells throughout the world increased from lMWp in 1972 to 15 MWp in 1982. Research workers are trying to improve the efficiencies of the semiconductor solar cells and Searching for the new efficientIV materials. It was estimated that about 30 % of the total energy and 10 % of the electrical energy will be produced by the solar cells in the ngifct` ' decade. There are so many advantages of the solar cells over the other systems. Mainly these are that theijare working quitely, they have long life time and theu produce no pollution of any kinds.