Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Возобновляемая энергетика в современном мире

1.5. Промышленные технологии фотоэлектрической энергетики и перспективные пути их развития в России

1.5.1. Краткая характеристика основных технологий фотоэлектрического преобразования энергии

В основе генерации электрической энергии фотоэлектрическим преобразователем лежат процессы, происходящие в р11- переходе — границе раздела двух полупроводников с проводимостями разного типа. В упрощенном виде процесс можно представить следующим образом. Падающие на переход кванты света сообщают веществу энергию, достаточную для разделения носителей зарядов разного знака и генерации тока во внешней электрической цепи. Сила тока и рабочее напряжение при этом зависят от многих факторов: длины волны и интенсивности падающего излучения; природы материалов, образующих переход; дефектности материала; температуры окружающей среды и др. Эффективность фотопреобразователя во многом определяется также конструкцией фотоэлектрического модуля, структурой токоотводов, изоляцией структуры от воздействий внешней среды, оптическими свойствами изолирующих материалов и многими другими факторами. Использование той или иной технологии изготовления ФЭП и сборки модуля из отдельных преобразователей существенно влияет как на получаемые характеристики фотоэлектрических модулей, так и на их стоимость.

В настоящее время известен широкий круг материалов и технологий, позволяющих формировать р—«-переходы и создавать фотоэлектрические преобразователи. Эволюция и текущее состояние различных лабораторных технологий фотоэнергетики, по данным американской национальной лаборатории ЫКЕЬ, показаны на рис. 1.32 [1].

Рис. 1.32. Наилучшие показатели КПД фотоэлектрических преобразователей различных фирм и компаний в разные годы (1):

многопереходные преобразователи (двухконтактные, монолитные): — трехпереходные с концентрированием; 16 — трехпереходные без концентрирования; — двухпереходные с концентрированием; — двухпереходные без концентрирования; — четырехпереходные (или более) с концентрированием; — четырехпереходные (или более) без концентрирования; однопереходные преобразователи на основе GaAs: — монокристаллические; 26 — конценграторные; — кристаллизованные тонкие пленки; преобразователи на основе кристаллического кремния: За — монокристаллические с концентрированием; 36 — монокристалли- ческие без концентрирования; Зв — мультикристаллические; Зг — кристаллизованные пленки большой толщины; Зд — элементы с гетеропереходами (HIT, HUT); Зе — кристаллизованные тонкие пленки; тонкопленочные преобразователи: — Cu(ln, Ga)Se2; 46 — CdTe; — аморфный гидрогенизированный кремний; — нано-, микро-, поликремний; — многопереходные поликремниевые системы; новые технологии изготовления преобразователей: —на основе красителей; 56 — на основе перовекитов; 5« — на органической основе; 5г — органические тандемные; —на неорганической основе; —с квантовыми точками

Годы

Наибольшие значения КПД (выше 40 %) на лабораторных образцах в настоящее время достигнуты компанией Solar Junction на многопереходных структурах, сформированных из материалов структуры А3В5 периодической таблицы Д.И. Менделеева. При этом большое число переходов в одной структуре и сложные технологические процессы их формирования делают данный тип ФЭП весьма дорогостоящим для освоения в промышленном производстве.

Значительный рост в последние годы продемонстрировали органические ФЭП, однако существенными проблемами остаются не только их низкий КПД, но и пока еще относительно малый срок службы. Для многих систем он исчисляется часами.

Коммерческими продуктами, доведенными до промышленного выпуска, стали лишь несколько технологий, лежащих между этими крайними случаями. Доминирующее положение на рынке заняли ФЭП на основе кремния. Этот материал широко распространен в природе, свойства его хорошо изучены, а технологии его добычи, очистки и переработки освоены в электронной промышленности. Для изготовления фотоэлектрических преобразователей используются материалы на основе мульти- или монокристаллического кремния (тс- или mono-Si), а также тонких пленок аморфного кремния (a-Si). Альтернативными материалами для промышленного производства являются тонкие пленки теллурида кадмия CdTe, композиты на основе индия, меди и селена (обычно с добавкой галлия), объединенные общим термином CIS (CIGS) — по первым буквам латинских наименований используемых элементов. Предпринимаются усилия по замене дорогостоящих и редких индия и галлия на олово и цинк, однако КПД таких элементов довольно низок (не более 5 % по сравнению с 9—12 % для содержащих редкоземельные металлы). Мульгикристаллическая технология лидирует по объемам производства и сбыта, несмотря на то, что ее нельзя назвать рекордно эффективной или очень дешевой (хотя в последние годы усилиями азиатских производителей кремния, пластин, фотоэлектрических преобразователей и модулей цены на все эти изделия были существенно снижены). Однако именно мультикрисгаллическая технология сегодня обладает оптимальным соотношением этих двух показателей и соответРис. 1.33. Распределение объемов производства и выпуска фотоэлектрических модулей по технологиям:

I — тополе 2 — тс-81; 3 а-81;

4 — СЮ8; 5 — Сб'Ге; 6 — другие

ственно лучшим соотношением цены и качества получаемых преобразователей и модулей. Примерная структура распределения объемов производства и выпуска фотоэлектрических модулей по разным технологиям представлена на рис. 1.33 [2].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы