Napelem fényelnyelő sáv tartomány
A napelemek az elmúlt években egyre népszerűbbek. Költséghatékony, környezetbarát és megújuló energiaforrást jelentenek. A napelemek a napfényt elektromos árammá alakítják egy speciális anyag, az úgynevezett napelem segítségével. A napelem különböző anyagokból készül, amelyek különböző hullámhosszú fényt képesek elnyelni.
Fényelnyelés monokristályos szilícium napelemekben
A monokristályos szilícium egy nagy teljesítményű napelem anyag. Nagy tisztaságú és egyenletes kristályszerkezettel rendelkezik, ami jobb elektronmobilitást tesz lehetővé. A monokristályos szilícium napelemek fényelnyelési tartománya jellemzően 300-1100 nm, a csúcs abszorpciós sávja pedig 780 nm körül található. Ez azt jelenti, hogy a napelemek elnyelhetik a látható fényspektrum nagy részét, valamint a közeli infravörös fény egy részét.
Az abszorpciós hatékonyságban azonban észrevehető csökkenés tapasztalható 1100 nm felett. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a monokristályos szilícium közvetett sávszélességű anyag. A közvetett sávszélességű anyagoknak magasabb az energiaküszöbe ahhoz, hogy az elektronok a vegyértéksávból a vezetési sávba mozogjanak. Ez azt jelenti, hogy az alacsonyabb energiájú fotonokat nem tudja hatékonyan elnyelni az anyag. Ezért a monokristályos szilícium napelemek nem képesek elnyelni a hosszabb hullámhosszú (alacsonyabb energiájú) fény jelentős részét.
Fényelnyelés vékonyrétegű szilícium napelemekben
A vékonyrétegű szilícium napelemek több réteg szilíciumból készülnek, változó vastagságban és adalékanyagokkal. Előállításuk jellemzően olcsóbb, mint a monokristályos szilícium napelemek. A vékonyréteg szilícium napelemek fényelnyelési tartománya eltér a monokristályos szilícium napelemekétől. A vékonyrétegű szilícium a fényt szélesebb hullámhossz-tartományban nyeli el, különösen a 400-800 nm tartományban. Ez azt jelenti, hogy képesek elnyelni a látható fényspektrum nagy részét, de a közeli infravörös fényből nem annyit, mint a monokristályos szilícium.
A vékonyrétegű szilícium napelemek további három típusba sorolhatók: amorf szilícium (a-Si), mikrokristályos szilícium (μc-Si) és nanokristályos szilícium (nc-Si). Mindegyik típusnak más a sávszélessége és az abszorpciós tartománya. Az amorf szilícium sávszélessége körülbelül 1,7 eV, és 300–800 nm tartományban képes elnyelni a fényt. A mikrokristályos szilícium sávszélessége körülbelül 1,3 eV, és 400-700 nm tartományban képes elnyelni a fényt. A nanokristályos szilícium sávszélessége körülbelül 2,0–2,2 eV, és 300–600 nm tartományban képes elnyelni a fényt.
Összefoglalva, a monokristályos szilícium napelemek 780 nm körüli abszorpciós csúcssávval rendelkeznek, és képesek elnyelni a látható fényspektrum nagy részét, valamint a közeli infravörös fény egy részét. A vékonyrétegű szilícium napelemek abszorpciós tartománya viszont szélesebb, mint a monokristályos szilícium, de nem annyi közeli infravörös fény. A fajlagos abszorpciós tartomány és a hatékonyság a vékonyréteg-szilícium típusától függ. A napelemek típusától függetlenül a napelemek fenntartható és megújuló energiaforrást jelentenek. A technológia további fejlődésével a napelemek még nagyobb mennyiségű energiát tudnak majd biztosítani, még nagyobb hatékonysággal.