Εισαγωγή στους τύπους ευέλικτων ηλιακών κυψελών

Άμορφο πυρίτιο
Το πάχος των εύκαμπτων μπαταριών άμορφου πυριτίου (a-Si) είναι το 1/300 του πάχους των μπαταριών κρυσταλλικού πυριτίου, γεγονός που μπορεί να μειώσει περαιτέρω το κόστος των πρώτων υλών. Μια σημαντική ανακάλυψη στις εύκαμπτες μπαταρίες άμορφου πυριτίου ήταν η προτεινόμενη δομή μπαταριών στοίβας τριπλής διασταύρωσης το 1997, η οποία βελτίωσε την απόδοση και τη σταθερότητα μετατροπής και πέτυχε σταθερή απόδοση μετατροπής από 8,0 τοις εκατό έως 8,5 τοις εκατό.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την εύκαμπτη μπαταρία άμορφου πυριτίου της United Solar Ovonic Company στις Ηνωμένες Πολιτείες, η δομή της μπαταρίας στοίβας τριπλής σύνδεσης άμορφου πυριτίου περιλαμβάνει τρία στρώματα στρωμάτων απορρόφησης διασταύρωσης pn με διαφορετικά κενά ζώνης. Η επάνω μπαταρία χρησιμοποιεί άμορφο πυρίτιο a-Si με διάκενο ζώνης 1,8 eV για να απορροφά το μπλε φως. Η ενδιάμεση μπαταρία χρησιμοποιεί ένα κράμα γερμανίου πυριτίου a-SiGe με διάκενο ζώνης 1,6 eV, το οποίο απορροφά το πράσινο φως και έχει περιεκτικότητα σε Ge 10 τοις εκατό έως 15 τοις εκατό . Το κράμα πυριτίου γερμανίου a-SiGe με διάκενο ζώνης 1,4 eV για την κάτω μπαταρία απορροφά το 40% έως 50% του κόκκινου και υπέρυθρου φωτός, με υψηλή περιεκτικότητα σε Ge. Αφού το ηλιακό φως περάσει με τη σειρά του από τα τρία στρώματα του στρώματος απορρόφησης ημιαγωγών, εξακολουθεί να υπάρχει ένα μέρος του φωτός που δεν έχει απορροφηθεί. Αφού ανακλαστεί από το πίσω στρώμα ανάκλασης του Al/ZnO, επιστρέφει στα τρία στρώματα του στρώματος απορρόφησης ημιαγωγών και υφίσταται μια άλλη διαδικασία απορρόφησης. Το πίσω στρώμα ανάκλασης παίζει ρόλο παγίδευσης φωτός. Με αυτόν τον τρόπο, οι εύκαμπτες μπαταρίες άμορφου πυριτίου μπορούν να απορροφήσουν πιο αποτελεσματικά το εισερχόμενο και εξερχόμενο φως, να βελτιώσουν την απόδοση μετατροπής και την ισχύ εξόδου και να επιτύχουν καλύτερη απόδοση σε συνθήκες χαμηλής πρόσπτωσης και διάσπαρτου φωτός.
Από το 2016, μόνο η Xunli Solar παρήγαγε μπαταρίες και εξαρτήματα εύκαμπτης λεπτής μεμβράνης άμορφου πυριτίου στην Κίνα, με απόδοση μετατροπής 8-10 τοις εκατό και συνολικό πάχος μόλις 1,5 mm. Σε εφαρμογές προϊόντων, εκτός από τα εύκαμπτα εξαρτήματα λεπτής μεμβράνης roll to roll, υπάρχουν επίσης πτυσσόμενα πακέτα φόρτισης που επεκτείνουν την εφαρμογή εύκαμπτου άμορφου πυριτίου.
Χαλκός ίνδιο γάλλιο σελήνιο
Στα μέσα-1970, οι άνθρωποι άρχισαν να μελετούν μπαταρίες λεπτής μεμβράνης χαλκού ινδίου γαλλίου σεληνίου (CIGS). Οι λεπτές μεμβράνες CIGS ανήκουν σε κρυστάλλους χαλκοπυρίτη με ρυθμιζόμενα κενά ζώνης. Λόγω της απαίτησης των ηλιακών κυψελών για διάκενο ζώνης 1 έως 1,7 eV, το διάκενο ζώνης του CIGS μπορεί να ρυθμιστεί ανάλογα με τις ανάγκες αλλάζοντας το περιεχόμενο των κατιόντων της ομάδας III In, Ga, Al και ανιόντων της ομάδας VI Se, S. Σύγκριση σε σχέση με το άμορφο πυρίτιο, ο κρύσταλλος CIGS έχει λιγότερα εσωτερικά ελαττώματα, πιο σταθερή απόδοση και διάρκεια ζωής μονάδας έως και 25 χρόνια. Κατά τη χρήση της μονάδας, η κίνηση των ιόντων χαλκού μπορεί να επιδιορθώσει ελαττώματα, επομένως η απόδοση της μονάδας θα συνεχίσει να βελτιώνεται, κάτι που έρχεται σε αντίθεση με το φαινόμενο της φωτοεπαγόμενης διάσπασης ή το φαινόμενο SW (Staebler Wronskieflect) του άμορφου πυριτίου.
Οργανικός
Στα οργανικά φωτοβολταϊκά (OPV) ηλιακά κύτταρα, το μέσο απορρόφησης οργανικών ημιαγωγών συνήθως αποτελείται από ένα μείγμα υλικών δότη και δέκτη. Τα υλικά δότη είναι καλά στο να δίνουν ηλεκτρόνια, να απορροφούν οπές και να έχουν θετικό φορτίο μετά την ανάμειξη. Τα συζευγμένα πολυμερή είναι τυπικά υλικά δότη. Το υλικό δέκτη είναι καλό στην απορρόφηση ηλεκτρονίων και στη δημιουργία οπών και έχει αρνητικό φορτίο μετά την ανάμειξη. Το φουλερένιο (C60) είναι ένα τυπικό υλικό δέκτη.
Τα εξιτόνια είναι δεσμευμένα ζεύγη οπών ηλεκτρονίων, τα οποία είναι διεγερμένα οιονεί σωματίδια. Μετά τη διέγερση, τα ηλεκτρόνια και οι οπές διαχωρίζονται, αλλά τα ζεύγη ηλεκτρονίων οπών εξακολουθούν να έλκονται μεταξύ τους μέσω της ηλεκτροστατικής δύναμης Coulomb, η οποία δεν μπορεί να διαχωριστεί πλήρως λόγω της δέσμευσης Coulomb, σχηματίζοντας εξιτόνια. Υπάρχουν δύο τύποι εξιτονίων, watt
Wannier Mottexcition και Frenkel exciton. Τα εξιτόνια του μοντέλου Varni υπάρχουν σε ημιαγωγούς κρυσταλλικού πυριτίου, όπου τα ηλεκτρόνια που διεγείρονται στη ζώνη αγωγιμότητας και οι οπές στη ζώνη σθένους σχηματίζουν δεσμευμένες καταστάσεις, με ασθενή δύναμη Coulomb περίπου {{0}},01 eV. Τα εξιόνια Frenkel υπάρχουν σε υλικά δότη σε οργανικά μέσα και η δύναμη Coulomb μεταξύ τους είναι ισχυρή, περίπου 0,3 eV