Основы солнечной фотоэлектрической технологии

Кремниевые солнечные батареи
Подавляющее большинство современных солнечных элементов изготовлено из кремния и предлагает как разумные цены, так и хорошую эффективность (скорость, с которой солнечный элемент преобразует солнечный свет в электричество). Эти ячейки обычно собираются в более крупные модули, которые можно устанавливать на крышах жилых или коммерческих зданий или развертывать на наземных стойках для создания огромных систем коммунального масштаба.

Тонкопленочные солнечные элементы
Другая широко используемая фотогальваническая технология известна как тонкопленочные солнечные элементы, поскольку они сделаны из очень тонких слоев полупроводникового материала, такого как теллурид кадмия или диселенид меди, индия, галлия. Толщина этих слоев клеток составляет всего несколько микрометров, т. е. несколько миллионных долей метра.

Тонкопленочные солнечные элементы могут быть гибкими и легкими, что делает их идеальными для портативного применения, например, в рюкзаке солдата, или для использования в других продуктах, таких как окна, которые генерируют электричество от солнца. Некоторые типы тонкопленочных солнечных элементов также выигрывают от технологий производства, которые требуют меньше энергии и их легче масштабировать, чем технологии производства, необходимые для кремниевых солнечных элементов.

Солнечные элементы III-V
Третий тип фотоэлектрических технологий назван в честь составляющих их элементов. Солнечные элементы III-V в основном состоят из элементов группы III (например, галлия и индия) и группы V (например, мышьяка и сурьмы) периодической таблицы. Эти солнечные элементы, как правило, намного дороже в производстве, чем другие технологии. Но они преобразуют солнечный свет в электричество с гораздо большей эффективностью. Из-за этого эти солнечные элементы часто используются на спутниках, беспилотных летательных аппаратах и ​​в других приложениях, требующих высокого отношения мощности к весу.

Солнечные элементы следующего поколения
Исследователи солнечных элементов в NREL и других местах также изучают множество новых фотоэлектрических технологий, таких как солнечные элементы из органических материалов, квантовые точки и гибридные органо-неорганические материалы (также известные как перовскиты). Покрывая традиционный кремниевый элемент минералом под названием перовскит, ученые разрабатывают более эффективные тандемные солнечные элементы, которые значительно повышают эффективность.

Большинство производителей панелей предлагают ряд моделей, включая обычные варианты начального уровня и более продвинутые высокоэффективные варианты с новыми технологиями, такими как ячейки высокой плотности, микропроводные шины и пассивация на задней стороне. Ниже приведен список ведущих технологий фотоэлементов, используемых сегодня:

• HJT — гетеропереходные клетки
• TOPCon — Туннельный оксидно-пассивный контакт
• Gapless Cells — конструкция ячеек с высокой плотностью
• PERC — пассивированные задние эмиттерные ячейки
• Multi Busbar — Мультиленточные и микропроволочные шины
• Split cells — половинчатые и 1/3 вырезанные ячейки
• Shingled Cells — Несколько перекрывающихся ячееки
• IBC — встречно-штыревые задние контактные ячейки

Технология гетероперехода (HJT) многие годы игнорировалась, но в последние пару лет она набирает обороты, демонстрируя свой истинный потенциал. HJT устраняет некоторые общие ограничивающие факторы для стандартных фотоэлектрических (PV) модулей, такие как сокращение процесса рекомбинации и повышение производительности в жарком климате. Для ячеек HJT используются три важных материала:

Кристаллический кремний (c-Si)
Аморфный кремний (a-Si)
Оксид индия-олова (ITO)

Существует две разновидности c-Si, поликристаллический и монокристаллический кремний, но монокристаллический — единственный, рассматриваемый для солнечных элементов HJT, поскольку он имеет более высокую чистоту и следовательно, более эффективен.

Южнокорейский производитель фотоэлектрических модулей Q-CELLS и Австрийский производитель фотоэлектрических модулей Energetica производит солнечные модули на основе технологии без зазоров, которая повышает плотность панелей за счет устранения пустых пространств между ячейками. Эта технология обеспечивает более высокую эффективность модуля, поскольку в цепочках устраняются пробелы в ячейках.

Элементы со встречно-штыревым обратным контактом (IBC) могут быть одной из самых сложных технологий, используемых для изготовления солнечных панелей, но они также обеспечивают значения эффективности, которые нельзя игнорировать, поэтому сегодня они считаются важной альтернативой. Традиционные солнечные элементы обеспечивают преобразование энергии путем размещение передних контактов в ячейке. Это означает, что фотоны, которые достигают поверхности клетки, должны быть поглощены в этот момент, чтобы высвободить электроны и произвести электричество. Если они не поглощены, они передаются или отражаются. Это можно считать потерей. Клетки IBC реализуют другую идею. Вместо того, чтобы размещать контакты в передней части ячейки, они размещают их на ее задней стороне. Это позволяет достичь более высокой эффективности за счет уменьшения затенения на передней части ячейки, в то же время электронно-дырочные пары, генерируемые поглощенный свет все еще может собираться на задней стороне ячейки. На приведенном ниже рисунке вы можете взглянуть на структуру ячеек IBC с задней стороны.