Güneş pilleri (fotovoltaik), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarı iletken maddelerdir. Güneş pillerinin %98’i Si’dur (silisyum) ve silisyum dünyada bol miktarda bulunmaktadır. Fakat saf halde olmayan Si, genel olarak silisyum dioksit (SiO2, kuvars) halde bulunur ve saflaştırma işlemi oldukça maliyetlidir. Bu yüzden güneş pillerinin maliyeti de yükselmektedir. İdeal çalışma sıcaklığı 25 C’tır, sıcaklık artışı verim kaybına neden olmaktadır.
Güneş hücreleri üç katagoriye ayıralım; 1) Birinci Nesil: Kristal silisyum güneş hücreleri (c-Si ve mc-Si)2) İkinci Nesil: İnce film güneş hücreleri (a-Si, CdTe, CIS veya CIGS)3) Üçüncü Nesil: Nano teknolojiye dayalı güneş hücreleri (Tandem, Supertandem, Intermediate Band Solar Cells vs.)
1) Kristal silisyum güneş hücreleri : Güneş ışınlarını yutma oranı düşük olmasına karşın verimlerinin %12-16 arasında olması üreticiler için caziptir. Üretici firmların tercih ettiği seçenektir, pazar payının %93’nü oluşturulurlar, genel olarak 25 yıllık garanti ömrü sunulmaktadır, Wafer denen ince silikon dilimlerin kalınıkları 0,17 mm’ye kadar düşülürmüştür. Monokristal (c-Si veya SIN) ve Polikristal (mc-Si) olarak ikiye ayrılabilirler.
- Monokristal (c-Si, SIN) Verimleri %15-18 arasındadır, verimlerinin yüksek oluşundan dolayı uzun vadeli yatırımlar için idealdir. Laboratuvar ortamında %20’lik bir verime ulaşılmıştır. Maliyetini geri ödeme süresi 4-6 yıl arasıdır. 20 yıllık bir sürede %7 verim kaybı meydana gelir. Saf kristal gerekisinmi yüzünden pahalıdır, 4,5 $/W
- Polikristal (Ayrıca: poly-Si) Verimleri %12-15 arasındadır, kristal yapıları tam homejen olmadığından ucuzdurlar. Laboratuvar ortamında %16,2’lik bir verime ulaşılmıştır. İlk yatırım maliyetini geri ödeme süresi 2-4,5 yıl arasındadır. 20 yıllık bir sürede %14 verim kaybı meydana gelir. Üretim süreci monokristale göre daha ucuz olduğundan fiyatları 3,5 $/W
2) İnce film güneş hücreleri (a-Si, CdTe, CIS veya CIGS) Işık yutma oranı yüksek olan bu hücreler, düşük verimlilikleri nedeni ile pazar payının sadece %7’ni oluşturular. Oldukça ince yapıda ki (1-4 µm arasında) bu paneller %7-14 arasında verimlilik sunmaktadırlar. Fiyatları düşüktür, 1 $/W
- Amorphous (a-Si) Verimleri %8-10 arasındadır, teorik olarak a-Si’nin %27’lik bir verimi vardır. Maliyetini geri ödeme süresi 1,5-3,5 yıl arasıdır, Zaman içerisinde %21’lere yakın verim kaybı oluşmaktadır. Üretim için yüksek maliyetli donanımlar gerektirmektedir fakat üretim süreci ucuz olduğu için firmalar bu hücre tipine de yönelmektedir.
- Cadmium telluride (CdTe) 1 cm2’de %17’lik, 8390 cm2’de %11’lik bir verime ulaşışmıştır. Üretim maliyeti düşüktür. California’da elektroliz yardımı ile hidrojen üretimi için 25 kW’lık iki panel kurulmuştur. Sadece rijit cam ile kullanılanabilinir.
- CIGS (Copper indium gallium (di)selenide, Bakır indiyum galyum diselenyum) Verimleri %11-14 arasındadır. Cam veya esnek yüzey ile kulanılabilinir. Artmakta olan bir pazar payına sahiptir. Pahalı üretim süreci ile birlikte geniş alan gereksinimi bulunmaktadır.
3) ARGE aşamasında olan diğer hücre teknolojileri (üçüncü nesil); Araştırmaları devam eden bu teknolojide henüz sonuca tam olarak ulaşılmış değildir. Sunacakları yüksek verimden dolayı üretime başlanması halinde enerji konusunda büyük bir atılım yapacaklardır. Ön görülen maliyetleri 0,4 $/W’tır. Supertandem Cells: Teorik olarak %86,8 verime sahip olan bu hücre tipi için 1 cm2’de ulaşılmış olan değer %35,4’tür. Intermediate Band Solar Cells: Teoride %63,2’lik verimleri vardır ama ulaşılmış bir değer henüz yoktur. Hot Carrier Cells: Üretimi sorunları çözülememiş olan bu hücrede, üretilebildiği taktirde supertandem hücresine yakın bir verim elde edilecektir.
