Fotovoltaik texnologiyaning asosiy elementi quyosh fotovoltaik elementidir. Quyosh fotovoltaik xujayralarining rivojlanishini taxminan uch avlodga bo'lish mumkin. Birinchi avlod silikon quyosh xujayralari; ikkinchi avlod - yupqa plyonkali quyosh batareyalari; yuqori quvvatli konsentratsiyali hujayralar, organik quyosh xujayralari, moslashuvchan quyosh xujayralari va bo'yoqqa sezgir nano-quyosh xujayralari kabi yangi texnologiyalar birgalikda uchinchi avlod quyosh xujayralari deb ataladi. Hozirgi vaqtda asosiy oqim kremniyga asoslangan quyosh batareyalarining birinchi avlodi bo'lib, yupqa plyonkali hujayralarning bozor ulushi asta-sekin kengayib bormoqda. Yuqori quvvatli kontsentrator xujayralari bundan mustasno, uchinchi avlod hujayralarining aksariyati hali ham laboratoriya tadqiqot va ishlab chiqish bosqichida.
Silikon quyosh xujayralari
Silikon quyosh xujayralari orasida monokristalli kremniy texnologiyasi eng etuk hisoblanadi. Bunday hujayralarning samaradorligi va narxi birinchi navbatda ularning ishlab chiqarish jarayonlariga ta'sir qiladi. Ishlab chiqarish jarayoni asosan ingot quyish, dilimlash, diffuziya, teksturalash, ekranni bosib chiqarish va sinterlash kabi bir necha bosqichlarga bo'linadi. Ushbu umumiy jarayon natijasida ishlab chiqarilgan quyosh batareyalarining fotoelektrik konversiya samaradorligi odatda 16 foiz -18 foizni tashkil qiladi.
Monokristalli silikon quyosh xujayralarining konversiya samaradorligi eng yuqori, ammo narxi ham yuqori. Polikristalli silikon quyosh xujayralari xarajatlarni juda yaxshi kamaytirishi mumkin. Afzallik shundaki, u to'g'ridan-to'g'ri keng miqyosli ishlab chiqarish uchun mos keladigan katta o'lchamli kvadrat kremniy ingotlarini ishlab chiqarishi mumkin. Uskunalar nisbatan sodda, shuning uchun ishlab chiqarish jarayoni oddiy, energiya tejash va silikon materialni tejash. Materiallarga bo'lgan talablar ham nisbatan past.
Materiallar narxini va quyosh batareyalari narxini pasaytirish bilan bir qatorda, u asosan ikki jihat orqali erishiladi: biri sarf materiallarini kamaytirish, masalan, kremniy gofretlarining qalinligini kamaytirish; ikkinchisi konvertatsiya samaradorligini oshirishdir. Samaradorlikni oshirish yo'llari quyidagi jihatlarni o'z ichiga oladi: Birinchisi, sirtni teksturalash, aks ettirishga qarshi qatlamlarni tayyorlash va oldingi elektrodning kengligini kamaytirish kabi yorug'likning yutilishini oshirishdir. Ikkinchisi - fotogeneratsiyalangan tashuvchilarning rekombinatsiyasini kamaytirish va fotonlardan foydalanishni yaxshilash, masalan, emitentni passivatsiya qilish texnologiyasi. Uchinchisi - qarshilikni kamaytirish va elektrod tomonidan fototokning yutilishini oshirish, masalan, bo'linish doping va orqa elektr maydon texnologiyasi.
Monokristalli kremniyli quyosh xujayralarining fotoelektrik konversiya samaradorligi bo'yicha joriy rekord Yangi Janubiy Uels universitetining PERL tuzilishi quyosh xujayralari tomonidan yaratilgan 24,7 foizni tashkil etadi. Uning texnik xususiyatlari quyidagilardan iborat: kremniy yuzasida fosforli doping konsentratsiyasi sirtning rekombinatsiyasini kamaytirish va sirt "o'lik qatlamlar" mavjudligini oldini olish uchun past; elektrod maydonining rekombinatsiyasini kamaytirish va yaxshi Ohmik kontaktni hosil qilish uchun old va orqa sirt elektrodlari ostida mahalliy yuqori konsentratsiyali diffuziya qo'llaniladi; yorug'lik yutilish maydonini oshirish uchun old sirt elektrodi fotolitografiya jarayoni bilan toraytiriladi; oldingi sirt elektrodi elektrod va silikon o'rtasidagi aloqa qarshiligini kamaytirish uchun titanium, palladiy va kumush kabi ko'proq mos keladigan metallarning kombinatsiyasidan foydalanadi; batareyaning old va orqa yuzalari hujayralarning sirt rekombinatsiyasini kamaytirish uchun SiO2 va nuqta aloqa usullaridan foydalanadi. Biroq, texnologiya hali sanoatlashtirilmagan.
PERL texnologiyasidan tashqari, konversiya samaradorligini oshirish uchun boshqa texnologiyalar ham ishlatilishi mumkin. Texnologiya orqali BP Solar sirt yivli zamsh xujayrasi va orqa elektrod (EWT) kabi. Birinchisi, asosan, lazerli yivlash jarayoni orqali oldingi elektrodning kengligini pasaytiradi va quyosh nurlarining yutilish maydonini oshiradi va keng ko'lamli ishlab chiqarish 18,3 foiz samaradorlikka erishishi mumkin; Orqa tomon, shu bilan old tomonning yorug'lik yutilish maydonini oshirib, samaradorlikka erishishi mumkin 21,3 foiz .
Yupqa plyonkali quyosh xujayralari
Kristalli kremniy quyosh xujayralari yuqori samarali va hali ham keng ko'lamli ilovalar va sanoat ishlab chiqarishida hukmronlik qiladi. Biroq, kremniy materiallarining nisbatan yuqori narxi tufayli uning narxini sezilarli darajada kamaytirish juda qiyin. Kristalli kremniy hujayralariga alternativalarni topish uchun arzonroq bo'lgan yupqa plyonkali quyosh batareyalari paydo bo'ldi. Asosiy yupqa plyonkali batareyalar silikon asosidagi yupqa plyonkali batareyalar, kadmiy tellurid (CdTe) yupqa plyonkali batareyalar va mis indiy galyum selenid (CIGS) yupqa plyonkali batareyalardir.
Kremniy asosidagi yupqa plyonkali hujayralarning qalinligi atigi 2 mikron. Qalinligi taxminan 180 mikron bo'lgan kristalli kremniy xujayralari bilan solishtirganda, kremniy moddasining miqdori kristalli kremniy hujayralarining atigi 1,5 foizini tashkil qiladi va narxi past. Qo'shilgan PN birikmalarining soniga ko'ra, kremniy asosidagi yupqa plyonkali hujayralar bitta ulanishli hujayralarga, ikkita ulanishli hujayralarga va ko'p ulanishli hujayralarga bo'linadi. Turli xil PN birikmalari turli to'lqin uzunlikdagi quyosh nurlarini o'zlashtirishi mumkin. Hozirgi vaqtda bitta ulanishli hujayralarning eng yuqori samaradorligi 7 foizga, ikki qavatli hujayralar esa 10 foizga yetishi mumkin.
Materialning yaxshi yorug'lik assimilyatsiya qilish tezligi tufayli kadmiy tellurid yupqa plyonkali hujayralarning konversiya samaradorligi kremniyga asoslangan nozik kino hujayralariga qaraganda yuqori va joriy samaradorlik 12 foizga yetishi mumkin. Biroq, kadmiy elementi kanserogen ta'sirga ega va tellurning tabiiy zahiralari cheklangan, bu esa ushbu akkumulyatorning uzoq muddatli rivojlanishini cheklaydi.
Mis indiy galyum selenidli yupqa plyonkali akkumulyatorlar yuqori samarali yupqa plyonkali akkumulyatorlarning kelajakdagi rivojlanish yo'nalishi hisoblanadi, bu esa ishlab chiqarish jarayonini sozlash orqali quyosh nurlarining yutilish tezligini yaxshilashi va shu bilan konversiya samaradorligini oshirishi mumkin. Hozirgi vaqtda laboratoriyaning konversiya samaradorligi 20,1 foizga yetishi mumkin va mahsulot samaradorligi 13-14 foizga yetishi mumkin, bu barcha nozik plyonkali batareyalar orasida eng yuqori ko'rsatkichdir.
Uchinchi avlod quyosh xujayralari
Uchinchi avlod hujayralari nazariy jihatdan yuqori konversiya samaradorligiga erishishi mumkin. Ushbu bosqichda, konsentrator hujayralaridan tashqari, ularning aksariyati hali ham laboratoriya tadqiqot bosqichida.
Konsentrator xujayralari odatda III-V yarimo'tkazgichli materiallardan foydalanadi, chunki III-V yarimo'tkazgichlar kremniyga qaraganda ancha yuqori yuqori haroratga chidamliligiga ega, yuqori yorug'lik ostida hali ham yuqori fotoelektrik konversiya samaradorligiga ega va ko'p ulanishli tuzilma ularning assimilyatsiya spektrini va quyosh nuri spektrini yaratadi. bir xilga yaqin va nazariy konvertatsiya samaradorligi 68 foizga yetishi mumkin. Hozirgi vaqtda uchta PN birikmasi uch xil yarimo'tkazgichli materiallar, germaniy, galliy arsenid va galliy indiy fosforidan hosil bo'ladi. Agar keng miqyosli ishlab chiqarish amalga oshirilsa, samaradorlik 40 foizdan oshishi mumkin.
Quyosh xujayralari quyosh modullariga qadoqlangan bo'lib, turli xil quyosh batareyalarini qo'llash ularning o'ziga xos xususiyatlariga va bozor talabining rivojlanishiga bog'liq. Dastlabki kunlarda quyosh energiyasi asosan aloqa tayanch stantsiyalarida va sun'iy yo'ldoshlarda ishlatilgan va keyinchalik asta-sekin quyosh tomlari kabi fuqarolik maydoniga kirdi. Ushbu stsenariylarda o'rnatish maydoni kichik va energiya zichligi talabi yuqori, shuning uchun kristalli silikon modullar asosiy bozor ulushini egallaydi. Keng ko'lamli quyosh cho'l elektr stantsiyalari va fotovoltaik binolarning rivojlanishi bilan keng qamrovli xarajat asta-sekin energiya zichligini e'tiborga olish kerak bo'lgan muhim omil sifatida almashtirdi va yupqa plyonkali batareyalarni qo'llash ortib bormoqda. Bundan tashqari, turli texnologiyalarni qo'llash, shuningdek, foydalanish muhiti va iqlim sharoiti kabi boshqa omillarga ham ta'sir qiladi.
