Yarıiletken güneş pilleri ve verimlilikleri

Abstract

Güneş pilleri güneş ışınlarını doğrudan elektiriğe çeviren cihazlardır. Işınların doğrudan elektiriğe çevrimi üç ayrı cihazla olmaktadır. Bunlar fotorezistans selüller ve yarıiletken güneş pileridir. Bu cihazların en kullanışlısı yarıiletken güneş pilleridir. Yarıiletkenler, birbirinden yasak enerji aralığı ile ayrılmış, üstte iletim, allta valans bandı bulunan bir band yapısına sahiptirler. Yarıiletkenlerde iletim elektron ve hollerle sağlanır ve mutlak sıfır sıcaklığında yalıtkan gibi davranır. Yarıiletkenlerin iletkenlikleri sıcaklıkla doğru orantılı olup, arasında değişir. En çok kullanılan yarıiletkensilisyum ve germanyumdur. Transistör, 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 yarıiletken içerisinde p-tipi bir bölge oluşturulmak süretiyle yapılır. İlk güneş pili 1954 yılında Bell Telephone Laboratuvarında yapılmıştır. En yaygın kullanılan güneş pilleri silisyum ve galyum 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 sebep olmaktadır. Çünkü bugün özellikleri eniyi bir şekilde anlaşılmış ve teknolojisi gelişmiş durumdadır. Galyum arsenik güneş pilleri sıcaklık ve radyosyona, silliyum güneş pillerinden daha dayanıklı olduklarından uzay uygulamalarında kullanılması düşünülmektedir. Galyum arsenik direkt band aralığına sahip olmasından dolayı daha az materyal kullanımını gerektirir, ancak silisyum pillerine göre on kez daha pahalı olamasından dolayı yeryüzü uygulamalarında kullanılması ekonomik olmaktadır. Dünya genelinde 1972 yılında toplam güneş pili üretim kapasitesi 1 MW , 1982 yılında ise bu kapasite 15 MW olmuştur. Araştırmacılar yeryüzü uygulamaları için daha ekonomik ve yüksek verimle çalışan, uzay uygulamaları için radyosyana ve sıcaklığa dayanıklı güneş pilleri yapmak için çalışmalarını büyük bir hızla sürdürmektedir. 2000 yılından itibaren dünyada üretilebilen toplam enerjinin % 30 u ve elektirik üretiminin % 10 u güneş pilleriyle elde edileceği tahmin edilmektedir.