Sunĉelo (lumelektra aŭ fotovoltaa ĉelo) estas uzata formo enfotovoltaiko. Ĝi transformaslumenergion (ĝeneralesunlumon) alkontinua kurento per eluzo defotoelektra efiko. Ĝi funkcias principe kielfotodiodo kaj bezonasjunton por la ŝarga disigo. Je efiko de lafotonoj produktiĝaselektra tensio, kiu konduktaskurenton tra la sunĉelo ligitaelektra konsumanto. La tensio de sunĉelo valoras, ĉe la plej oftaj sunĉeloj (kristalajsiliciaj ĉeloj), ĉe ĉirkaŭ 0,5volto. Por atingi pli bone uzeblan tension, oni interligas ensunpanelo (ankaŭ fotovoltaa modulo) multajn sunĉelojn. La ĉeloj estas plej ofte produktitaj el la t.n.vaflo, kiuj estas kutimaj en la komputila industrio.
Oni povas produkti la sunĉelojn laŭ diversaj metodoj.
La bazmaterialo estassilicio, la dua plej oftakemia elemento de la terkrusto kaj kiu aperas plej ofte en la formo dekvarcosablo. El tio oni povas produkti enaltforna proceso krudan silicion kun pureco de ĉirkaŭ 1 %. Tiu proceso bezonas energion, kiun la hodiaŭaj sunĉeloj povas reprodukti ene de 1,5 ĝis 7 jaroj (laŭ tipo), poste ili havas pozitivan energian bilancon. En plua, plurŝtufa proceso oni produktas polikristalan pursilicion el la krudsilicio.
Oni produktas la polikristalajn ĉelojn per fandado (plej ofte), Bridgman-metodo kaj EFG-metodo. Oni produktas la monokristalajn ĉelojn ĉiam per Czochralski-metodo. Validas por ĉiu metodo, ke la aldono deboro okazas jam ĉe produkto de blokoj aŭ kolonoj.
Oni degeligas la pursilicion enfandujo perindukcia hejtilo kaj poste oni verŝas ĝin en kvadratforman kuvon, en kiu ĝi malrapide rigidiĝas. La eĝa longo de la kuvo estas ĉirkaŭ 50 cm, la alto de la rigidita fandaĵo ĉirkaŭ 30 cm. La granda bloko estas dividita je pliaj kolonoj kun longo de ĉirkaŭ 30 cm. Efikeco estas ĉirkaŭ 70 %.
LaBridgman-proceso servas same por la polikristalaj silicioj. Ĉi-kaze oni same degeligas la pursilicion enfandujo perindukcia hejtilo. La malvarmiĝo okazas ĉi tie en la sama kuvo desube; sube de la kuvo jam rigidiĝas la fandaĵo, sed supre ankoraŭ likva estas la silicio. La eĝoj longas 60 ĝis 70 cm, la alto de la bloko estas 20 ĝis 25 cm. La granda bloko estas dividita je pliaj kolonoj kun longo de ĉirkaŭ 20 ĝis 25 cm. Efikeco estas ĉirkaŭ 60 %.
Dum la EFG-procezo (el la angla: Edge-defined Film-fed Growth), oni lasas kreski desube okangulajnkolonojn kun longo de 5,6 m el la pursilicio. La eĝa longo de la unuopaj flankoj estas 10 cm, la murdiko 280 µm. Post finprodukto de la tuboj, oni detranĉas tiujn preter la eĝoj perNdYAG-laseroj kaj en rasteron. Ekzistas ankaŭ la ebleco por produkti ĉelojn kun diversaj eĝaj longoj (ekz. 10 x 15 cm aŭ 10 x 10 cm). Efikeco estas ĉirkaŭ 80 %. La surfaco de la produktita ĉelo estas malpli onda ol tiuj de la segitaj.
Lazonofanda proceso servas same por monokristalaj siliciokolonoj. La pureco de la produktitaj ĉeloj estas pli alta – kaj tiel pli multekosta – ol necesa. Apenaŭ uzita metodo.
Oni segas la kolonojn al diskoj, la t.n. vafloj per dratsega metodo. Tiel estiĝas el la granda parto de la silicio segopolvo, kiun oni povas denove purigi kaj fandi. La diko de la estiĝantaj diskoj estas ĉirkaŭ 0,25 ĝis 0,3 mm.
La segitaj vafloj trairas multajn kemiajn banojn por forigi la segajn damaĝojn kaj elformi surfacon, kiu konvenas por akceptilumon.
Normalokaze, oni aldonas al la vafloboron, kiu efikas estiĝon de superfluajliberaj truoj (pozitivaj ŝargoj). Tio helpas la akcepton de la elektronoj (oni nomas tion ankaŭ p-dotado). Por produkti pretajn sunĉelojn perp-n-tavolo, la surfaco devas ricevi ankaŭ n-dotadon (tavolon?), kio okazas en forno, enfosfora-atmosfero. La fosforaj atomoj formas zonon kun elektronpluso sur la ĉela surfaco. Tio dikas 1 µm.
En plua ŝtupo, la ĉelo ricevas antirefleksan tavolon el SiNx aŭ TiO2.
Pluaj ŝtupoj
enpremo de la lutzonoj (la antaŭa flanko ricevas plej ofte du larĝajn striojn, sur kiuj estos fiksitaj pli poste la ligiloj inter la ĉeloj.
surigo de tre maldika, elektre bone kondukta rastero
kovro de la malantaŭa flanko per bone kondukta materialo
La porta materialo estas vitro, metala lameno, plasto aŭ alia materialo. Sur tiuj materialoj estas kondensigita surfaco el la gasa fazo. La materiala uzo kaj la efikeco estas pli malgranda ol ĉe konvenciaj sunĉeloj. Tiu teknologio kostas malpli ol la pursilicia teknologio tiel ĝi havas eble pli belan estontecon. La eblaj akceptaj materialoj povas esti ekz. amorfa silicio (a-Si), galium-arsenido (GaAs), kadmium-telurido (CdTe) aŭ kupro-indiumo-galiumo-sulfuro-seleno-interligoj (CIS, aŭ CIGS, kie S signifas aŭ sulfuron aŭ selenon laŭ ĉeltipo).
La lumon absorbasfarbaĵo, duonkonduktilo estastitana dioksido. Farbaĵoj estas ĉefe kompleksoj de la rara metalorutenio, sed eblas uzo de organikaj materialoj, sed tiuj havas mallongan vivdaŭron.
Alexandre Edmond Becquerel jam en 1836 rimarkis, ke la sunumita baterio montras pli grandan povumon ol aliaj sen suna radiado. Li uzis potencialan diferencon inter hela kaj malhela flanko de kemia likvaĵo (acida kuvo kun lumita kaj nelumita parto), en kiujn li mergis du platenajn elektrodojn. Kiam li starigis la kuvon sub la sunon, li rimarkis estiĝantan kurenton inter la du elektrodoj. Tiel li malkovris la fotovoltaan efikon, sed li ne povis tion klarigi.
En 1904 malkovris la germana fizikistoPhilipp Lenard, ke la lumradioj elŝutas elektronojn el la surfaco de certaj metaloj kaj tiel donis la unuan klarigon prifotoefiko. Li tiam ne sciis precize, kial tio okazas kaj ĉe kiuj metaloj, sed li ricevis pro la malkovro la nobelpremion pri fiziko en 1905.
La finfinan trarompon akiris en 1905Albert Einstein, kiam li povis klarigi la aferon per la kvantumteorio: la samtempa ekzisto de lumo kiel ondo kaj kiel korpusklo. Ĝis tiam oni kredis, ke la lumo estas nur energio, aperante en diversa ondolongo. Einstein ankaŭ malkovris, ke la maksimuma transdonebla energio estas sendependa de la lumaintenseco kaj dependas nur de la energio, kiun la altrafanta fotono transdonas. Tiu energio dependas nur de la ondolongo kaj frekvenco de la lumo. Pro sia laboro pri fotovoltaiko li ricevis en 1921 nobelpremion pri fiziko.
La malkovro de p-n-transiroj okazis en 1949 fare deWilliam B. Shockley,Walther H. Brattain kajJohn Bardeen, kio estis grava plua paŝo al la hodiaŭa formo de la sunĉelo. Kvankam ĉio estis konata por konstrui sunĉelojn, la unua sunĉelo estis nur hazarde konstruita en 1954, en la laboratorio de la usona firmaoBell. La kunlaborantoj de la firmao priatentis, kiam ili esploris rektifilon – kiu laboris per silicio -, ke ĝi servas pli da kurento, se ĝi staras sub la suno ol kiam ĝi estas kovrita. La firmao Bell evoluigis tiel la unuajn sunĉelojn, kiuj havis la efikecon de 4% - 6%.
Ekde 1958, la sunĉeloj estis jam testitaj sursatelitoj kaj mezuris efikecon ĝis 10,5% (ĉar la nuboj, atmosfero ne deprenis la efikecon). Post tiu tempo, la industrio provas akiri pli grandan efikecon je malpli alta prezo. (nun 17,2% de Sharp kaj aliaj). Laboratoriaj ekzempleroj donas teorian efikecon de ĉirkaŭ 30%.
Komence la ĉeloj estis rondaj, sed tiun formon ŝanĝis la kvadrataj aŭ preskaŭ kvadrataj ĉeloj. La eĝa longo ŝanĝiĝis fine de la 1990-aj jaroj de 100 mm (kvarcola ĉelo) al kvin coloj kaj ekde 2002 al ses coloj (eĝa longo ĉirkaŭ 150 mm) por la normaj moduloj.
Por etaj kalkuliloj ekzemple oni segas pli malgrandajn ĉelojn ol kutime.
La proprecojn de sunĉeloj oni donas por la normalaj testaj kondiĉoj (angla mallongigo STC, elStandard Test Conditions) (tiuj estas lumigo de 1000 W/m2 en modjula ebeno, temperaturo de la sunĉelo estas 25 °C, konstanta, radia spektro AM 1,5 globala; DIN EN 61215, IEC 1215, DIN EN 60904, IEC 904).
Menciindas, ke la temperaturo de la sunĉelo malofte estas ĉe 25 celsiusoj.
Uzataj mallongigoj por la priskriboj venas el la angla lingvo
koeficiento por la povuma ŝanĝiĝo kun la ĉeltemperaturo
ĉelpovuma efikeco
La sunĉeloj povas donipovumon de ĉirkaŭ 160W/m². Se oni enkonstruas la ĉelojn en modulon, la posurfaca povumo iĝas malpli alta, ĉar inter la ĉeloj kaj la panela rando ekzistas distanco.
Oni povas grupigi la sunĉelojn laŭ diversaj kriterioj kiel ekz. materiala diko (diktavolaj, lamenaj), mem la materialo (CdTe, GaAs, CuInSe, Silicio), atoma strukturo (kristala aŭ amorfa), uzata teknologio.
Portebla lumo (anglePortable Light) estas teksaĵo el sunĉeloj,litiajpiloj, kajLED-oj. La teksaĵo estas senĉifa, travidebla, lumrespegulanta. 5 horoj da ŝargo donas 5 horojn da lumo nokte. La prototipojn elprovis en la meksikaSierra Madré en 2005, en la indiana tribo dehuiĉoloj.
Victor I. Klimov (Los Alamos National Laboratory,Nov-Meksiko) jam pruvis en 2004, ke en nanometrograndaj sunĉeloj, unu fotono povas liberigi du aŭ pliajn elektronojn.
Klimov kaj lia teamo en 2006 faris eksperimentojn per 4-7 nanometraplumbo-selenidajkristaloj kaj estiĝis tiam 7 elektron-truo. Ĉar la elektronoj kaj la truoj tre rapidege reunuiĝas, oni nun pripensas la forkondukton de la elektronoj ekz. per polimeraj kombinaĵoj, karbaj nanotuboj. Alia metodo estus, ke oni miksus la nanokristalojn en akvon kaj tie laelektro malkombinus la akvon jeoksigeno kajhidrogeno.
