Aurinkokenno
Tekniikka > Materiaalit

Vuonna 2004 piipohjaiset materiaalit hallitsivat markkinaosuuksissa: polykiteinen pii 62 %, yksikiteinen pii 29 %, amorfinen pii 5 % ja nauhapii (engl. ribbon silicon) 4 %. Ohutkalvotekniikan (polykiteinen kadmium-telluridi CdTe, kupari-indium-gallium-diselenidi [CIGS] ja amorfinen pii [a-Si]) markkinaosuus oli alle 10 % (2004). Ohutkalvotekniikat muun muassa säästävät puolijohdemateriaalikustannuksissa ja mahdollistavat automaation lisäämisen. Tekniikka saattaa kehittyä muita edullisemmaksi.
Aurinkokennot voidaan jakaa piipohjaisiin ja ohutkalvotekniikkaan perustuviin kennoihin. Piipohjaiset kennot, joiden toiminnallinen osa on 100–300 µm, eivät ole teollisuuden kannalta yhtä kiintoisia kuin ohutkalvotekniikkaan pohjautuvat kennot, joiden toiminnallisen osan paksuus on 1–10 µm, sillä ohutkalvotekniikka vaatii vähemmän raaka-aineita ja on helpommin sovellettavissa massatuotantoon. Piitä, kuten muitakin aurinkokennojen puolijohteita on olemassa useaa eri tyyppiä: yksi- ja monikiteistä sekä amorfista. Puolijohteen ominaisuudet, kuten kiteen koko ja rakenne riippuvat aineen tyypistä. Yksikiteisen piin atomit muodostavat erittäin säännöllisen kiderakenteen, jossa kiteen koko on yli 10 cm. Niiden materiaalien, jotka koostuvat useista pienemmistä kiteistä kiderakenne ei ole yhtä säännöllinen kuin yksikiteisten materiaalien, sillä kiteiden pienuuden vuoksi kiteissä olevien atomien tai molekyylien väliset vetovoimat tulevat merkityksellisiksi.
Piiatomien elektronien käyttäytyminen piikiteissä on merkittävä tekijä tarkasteltaessa piikiteissä tapahtuvaa valosähköilmiötä, sillä kiteiden muodostumisperiaate on omalaatuinen. Joitakin ohutkalvokennoja voidaan kuvata n-i-p-rakenteella, missä n ja p ovat erityyppisiä puolijohteita, n-tyypin puolijohteessa on ylimääräisiä elektroneja ja p-tyypissä on ylimääräisiä aukkoja. P/n-liitoksen yli muodostuu sähkökenttä, koska aukot ja elektronit vaihtavat jatkuvasti puolta eli kaksi puolijohdetta käyttäytyy pariston tavoin, joten niitä voidaan käyttää erilaisissa piireissä. Aurinkokennoa voidaan pitää diodina. Amorfinen pii on erittäin mielenkiintoinen materiaali ohutkalvotekniikan kannalta ja sitä tutkitaan nykyisin erittäin paljon, sillä sen ominaisuudet tekevät siitä johtavan ohutkalvomateriaalin. Amorfisen piin korvaajiksi ovat ehdolla nanokiteinen ja "pienijyväinen" monikiteinen pii.
Shell Solar vaihtoi 2006 tuotannon Euroopassa perinteisestä piitekniikasta CIS-ohutkalvotekniikkaan (kupari-indiumdiselenidi). PV Industry Assosiation ja Greenpeace arvioivat kapasiteetiksi 200 GW vuonna 2020 ja tuotannon 25 %:ksi koko maailman sähkönkulutuksesta vuonna 2040. The U.S. PV Industry ennustaa Yhdysvaltojen kapasiteetiksi (2020) 36 GW, mikä on alle 5 % tämänhetkisestä potentiaalisesta kapasitettista. Kapasiteetti kasvaa tekniikan kehittyessä.
Muita monikiteisessä ohutkalvotekniikassa käytettyjä materiaaleja ovat kupari-indiumdiselenidi ja kadmiumtelluuri, jonka n-i-p on kemiallisin merkein kirjoitettuna CdS-CdTe-ZnTe. Molemmat edellä mainituista materiaaleista absorboivat tehokkaasti fotoneja ja ovat valmistusteknillisesti edeltäjiään parempia. Yksikiteisessä ohutkalvotekniikassa käytetään galliumarsenidia, jolla on laaja soveltuvuusalue, sillä galliumarsenidi kestää erittäin hyvin säteilyäkin. Tämä seikka tekee siitä ihanteellisen materiaalin avaruussovellutuksiin. Galliumarsenidia voidaan kerrostaa hieman erilaisin koostumuksin, jolloin saadaan parannettua tehokkuutta ja vietyä hyötysuhde aina vain lähemmäksi ja lähemmäksi teoreettista rajaa. Ohutkalvotekniikkaan perustuvien kennojen tuotanto on yleensä laaja-alaista eli tapahtuu suurella pinta-alalla ja voidaan automatisoida; ohutkalvotekniikkaan perustuvat kennot ovat myös taipuisia.