Теоретическое значение коэффициента полезного действия фотоэлектронного преобразователя на основе кремния составляет около 30%. Это связано со скоростью рекомбинации заряженных частиц, количеством собственной концентрации носителей при различных температурах и степени чистоты материала. Кроме этого, на значение КПД влияет состав и способ формирования р-слоя и его светопоглощающая способность. Эти факторы определили направления повышения КПД фотоэлектронных устройств.
Состав и способы формирования р-n слоя
{source}
<script async src=»//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js»></script>
<!— ЭнергоСток-кпд-солнечной-батареи-ссылки-верх —>
<ins class=»adsbygoogle»
style=»display:block» data-ad-client=»ca-pub-5027301319016295″ data-ad-slot=»9267086763″ data-ad-format=»link»></ins>
<script>
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
</script>
{/source}
В настоящее время используются и развиваются три способа формирования р-n слоя.
- Насыщение поверхностного слоя химическими элементами или соединениями химическим, электрохимическим и физическим способом. Насыщение поверхности происходит в результате реакций легирующих элементов и основы или бомбардировки поверхности выбранными элементами.
- Многослойные тонкопленочные покрытия (тонкопленочная фотовольтаика). Перспективным направлением стали кремнийорганические пленки, халькогенидные материалы (содержащие серу, селен, теллур) и пленки на основе аморфного кремния (a-Si), теллурида кадмия и медь-индий-галлий-диселенида.
- Нанотехнологии (наногетероструктурные фотопреобразователи). В этой области различают два направления: формирование поглощающего слоя на основании нанотрубок из графена (толщина стенки 1-2 атома углерода) с наполнителем из кремнийсодержащих компонентов и токопроводящих полимеров с добавлением кремния. Считается, что нанотехнологии в солнечной энергетике выйдут на промышленный уровень не ранее 2020 года (рис. 1).
Кроме этого, на повышение КПД, или его удержание на прежнем уровне, влияет качество и свойства поверхности фотоэлемента.
Поверхность ФЭП
{source}
<script async src=»//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js»></script>
<!— ЭнергоСток-кпд-солнечной-батареи-ссылки-середина —>
<ins class=»adsbygoogle» style=»display:block» data-ad-client=»ca-pub-5027301319016295″ data-ad-slot=»1743819961″ data-ad-format=»link»></ins>
<script>
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
</script>
{/source}
В настоящее время формирование защитных и светопоглощающих свойств поверхности ФЭП развивается по двум направлениям:
- Защита поверхности стеклом с особыми свойствами. Это покрытие стекла антибликовыми покрытиями, которые препятствуют выходу отраженных от рабочего слоя фотонов из стекла (фотон отражается от покрытия и возвращается к рабочей поверхности). Другой способ — это нанесение покрытий поляризирующих свет и отсекающих инфракрасную составляющую солнечного света. Это позволяет снизить потери, возникающие из-за нагрева рабочего элемента. Покрытия должна обладать гидрофобными (водоотталкивающими) свойствами.
- Нанесение тонкопленочных водостойких покрытий с особыми оптическими свойствами. Особые свойства достигаются формированием на поверхности пленки светопреломляющих наноконусов или нанотрубок. Оба способа позволяют увеличить светопоглощающую способность рабочего слоя и не влияют на эксплуатационные характеристики (срок эксплуатации и удобство обслуживания).
КПД в 15-18% монокристаллических панелей и 12-14% поликристаллических, изготовленных в условиях промышленного типа производства, скорее всего, достиг своего технического и технологического потолка. Степень очистки сырья для монокристаллических модулей уже составляет три девятки после запятой и дальнейшее повышение степени чистоты материала экономически не оправдано.
В лабораторных условиях достижение КПД 20-25% (max 30%) стало достаточно обычным делом. Перспективными считаются ФЭП на основе тонкопленочных многослойных технологий и нанотехнологий, но они достаточно дороги в сравнении с существующими технологиями изготовления панелей на основе моно- и поликристаллического кремния.