Árbók VFÍ/TFÍ - 01.06.2007, Side 235

ferli er gróflega lýst á mynd 2. (Athugið að á myndinni eru orkuborðarnir teiknaðir fyrir
rafeindir svo að holur lækka stöðuorku sína með því að „fljóta" upp). Þannig myndast
frjáls rafeind og hola sem geta tekið þátt í leiðniferlinu og rafstraumur verður til. Styrkur
Ijóssins inni í efninu dvínar hins vegar með fjarlægð frá yfirborði samkvæmt veldisfalli
og mest af ljósinu er gleypt nærri yfirborðinu. Því er mikilvægt að samskeytin séu það
nærri yfirborðinu að sem flestir minnihlutaberar nái að samskeytunum áður en þeir
sameinast hleðsluberum með gagnstætt formerki. Minnihlutaberar sem sólarljósið skap-
ar sveima að p-n samskeytunum og hrapa þar niður rafsviðsmuninn. Við það gengur
straumur í rásinni sem hægt er að virkja til vinnu. Þetta er þó háð því að sveimlengd
minnihlutabera, það er hversu langt þeir sveima að meðaltali áður en þeir sameinast and-
stæðum hleðslum, sé meiri en fjarlægð myndunar þeirra er frá samskeytunum.
Framleiðsla p-n samskeyta
Hefðbundin framleiðsla p-n samskeyta kísil-sólarhlaða byggist á sveimi íbótarefna ofan í
yfirborð bolefnis (kísilskífu). Algengast hefur verið að hita n- eða p-leiðandi kísilskífur í
viðurvist gass sem inniheldur íbótarefni sem gefur gagnstæða leiðnigerð eða með því að
úða íbótarefninu beint á yfirborð kísilskífunnar og hita síðan í ofni.
Ókostur þessara aðferða er m.a. sá að styrkur íbótar efnanna verður mestur við yfirborðið
og minnkar eftir því sem innar dregur í efninu. Samskeytin verða því aflíðandi fremur en
skörp og nýtni sólarhlaðsins því ekki eins góð og mögulegt væri. Samskeytin verða svo
enn óákveðnari fyrir þær sakir að bolefnið (það er að segja undirlagið) er oftast fjölkrist-
allaður kísill, sem er mun ódýrari heldur en einkristallaður kísill. Ibótarefnin sveima
miklu hraðar á kornamörkunum og þannig geta myndast langir og mjóir taumar íbótar-
efnisins ofan í hálfleiðarann. Mynd 3 sýnir fjölkristallaðar kísilþynnur fyrir og eftir
vinnslu þeirra í sólarrafhlöð. Glöggt má sjá kornin og komamörkin.
Annar ókostur við íbætingu í bolefni er að dýpt samskeytanna og þar með þykkt
sólarhlaðsins verður hlutfallslega mikil. Mikil þykkt dregur úr nýtni hlaðsins vegna ísogs
sólarljóssins á ferð þess að myndunarsvæði rafeinda-holupars og hefur að auki óþarfa
efnisnotkun í för með sér. Hin síðustu ár hafa sjónir verkfræðinga beinst að hagkvæmni
þess að framkalla kísil p-n samskeyti fyrir sólarhlöð með kristallaræktun. Virka lagið, það
er upptökusvæði ljóssins, verður mun þynnra með því móti og samskeytin skarpari. Við
það nær hærra hlutfall minnihlutabera að sveima yfir samskeytin og eðlisnýtni sólar-
hlaðanna eykst þar með. Þetta er einkar mikilvægt fyrir sólarhlöðuiðnaðinn því um
helmingur af kostnaði hverrar plötu (e. solar panel) liggur í kíslinum. Það sem knýr þessa
þróun áfram er því fyrst og fremst mikill skortur á
hreinum kísli í heiminum [5]. Með þynnri húð
vinnst því aukin eðlisnýtni og þar með minni kísil-
notkun. Þar sem þunnhúðarræktun reiðir sig ekki á
sveim líður hún ekki fyrir það að nota ódýrara
fjölkristalla efni í stað einkristalla. Annað sem vinnst
með þynnri húð er að minnihlutaberar þurfa að
sveima styttri vegalengd inn að samskeytunum en
ella. Það hefur svo aftur í för með sér að hægt er að
notast við ódýrari (óhreinni) hráefni en almennt
draga óhreinindi úr sveimlengd hleðslubera. Þykkt
húðar getur verið aðeins nokkrir míkrometrar en til
samanburðar er þykkt hlaða úr íbættu bolefni gjarn-
an um 250-400 pm [6, 7]. Mun dýrara er að búa til
samskeyti með ræktun þunnra húða heldur en með
hefðbundinni framleiðslu úr bolefni en álit margra
fræðimanna er að ávinningurinn af því geri meira en
að vega á móti þeim mun.
Mynd 3. Fjölkristallaðar kísilþynnur. Myndin vinstra megin er af
ómeðhöndlaðri þynnu. Hægri myndin er affullbúnu sólarhlaði.
Gráu strikin á hægri myndinni eru málmrákir til að leiða rafstraum-
inn sem myndast en blái liturinn milli þeirra stafar af and-spegl-
unarhúð sem sett er á til að draga úr endurkasti sólarljóssins [4].
Ritrýndar vísindagreinar i 2 3 3