Способи виготовлення сонячниз батарей

Коефіцієнт  заповнення визначається як відношення фактичної максимальної отриманої потужності , від напруги холостого ходу і струму короткого замикання. Це є ключовим параметром оцінки ефективності сонячних батарей. Типові комерційні сонячні батареї мають коефіцієнт заповнення> 0,70. Класу В-елементів мають коефіцієнт заповнення зазвичай від 0,4 до 0,7. Коефіцієнт заповнення, крім ефективності, одним з найважливіших параметрів для енергетичного виходу фотоелемента . Клітини з високим коефіцієнтом заповнення мають низький еквівалентно послідовний опір і високий еквівалентний опір шунта, тим менше світло розсіюється у внутрішні втрати.

Одномісний  р-п перехід кристалічних кремнієвих приладів в даний час наближається до теоретичної граничної потужністі та ефективності 33,7%, відзначили в якості Шоклі-Кюсер межах в 1961 році. В крайньому випадку, з нескінченним числом шарів, відповідна межа становить 86% за допомогою концентрованого сонячного випромінювання.

2.3.Вартість

Вартість  сонячних елементів дається на одиницю  піків електроенергії. Виробничі витрати обов'язково включають в себе витрати на енергію, необхідну для виробництва. Тарифи змінюються в усьому світі, і навіть від області до області в різних країнах. Такі пільгові тарифи можуть бути досить ефективними у стимулюванні розвитку сонячних енергетичних проектів.

Високоефективні сонячні батареї представляють  інтерес для зниження вартості сонячної енергії. Багато з вартості сонячної електростанції пропорційна площі заводу, підвищення ефективності елеменів можуть зменшити площу і  ціну, навіть якщо самі елементи є більш дорогими. Ефективність самого елементу, щоб бути корисним в оцінці економіки сонячної електростанції, повинні бути оцінені в реальних умовах. Основні параметри, які повинні бути оцінені є струм короткого замикання, напруги холостого ходу.

У таблиці  нижче показані найкращі ефективності, отримані для різних матеріалів і  технологій, як правило, це робиться на дуже маленьких площах, комірках. Комерційна ефективність значно нижче.

Сітка паритет , точка, в якій фотоелектричної електроенергії дорівнює або дешевше, ніж енергосистеми , може бути досягнута при використанні низької вартості сонячних батарей. Прихильники сонячної надії на досягнення мережевого паритету перший в районах з рясним сонцем і високими витратами на електроенергію, наприклад, в Каліфорнії і Японії . Деякі стверджують, що сітка паритет був досягнутий в Гаваїв та інших островів, які в іншому випадку використовувати дизельне паливо для виробництва електроенергії . Джордж Буш поставив 2015 року в якості дати мережевого паритету в США. Виступаючи на конференції в 2007 році General Electric"з головним інженером передбачив мережевого паритету без субсидій в сонячній частині Сполучених Штатів близько 2015 року.

Ціни  на сонячні панелі неухильно знижувалася  протягом 40 років, до 2004 року, коли високі субсидії в Німеччині різко зросла потреба є і значно збільшити  ціну очищеного кремнію (який використовується в комп'ютерних чіпах, а також сонячних батарей). Великий спад 2008 року і початок китайського виробництва викликали зниження з запалом. Протягом чотирьох років після січня 2008 р. ціни на сонячні модулі в Німеччині знизився з € 3 до € 1 в піковий ват. У тому ж виробничі потужності рази збільшився з щорічним зростанням більш ніж на 50%. Китай збільшив частку на ринку з 8% в 2008 році до понад 55% в останньому кварталі 2010 року. Останнім часом, починаючи з середини 2010 року ціна була впала до $ 1.2-1.5/Wp (кристалічні модулі). 

2.4.Матеріали

Різні матеріали, відображаюьт різні ефективності і різні витрати. Матеріали для ефективних сонячних батарей, повинні мати характеристики які відповідають спектру освітленості. Деякі елементи призначені для ефективного перетворення довжин хвиль сонячного світла, що досягають поверхні Землі. Тим не менш, деякі сонячні батареї, оптимізовані для поглинання світла за межами земної атмосфери. Світло поглинаючих матеріалів може бути використана в декількох фізичних конфігурацій , щоб скористатися різними поглинаннями світла і механізмів поділу зарядів.

Матеріали в даний час використовується для фотоелектричних сонячних елементів  включають монокристалічного кремнію ,полікристалічного кремнію , аморфного кремнію , телуриду кадмію і міді селеніду індію / сульфіду. 

Багато  в даний час сонячних батарей  виготовляються з сипучих матеріалів, які розрізають на пластини в діапазоні від 180 до 240 мікрон, які потім обробляються як і інших напівпровідників.

Інші  матеріали виконані у вигляді тонких плівок шари, органічні барвники , органічні полімери , які наносяться на підтримку субстратів . Третя група виготовляються з нанокристалів і використовувати в якості квантових точок (електронно-обмежувалися наночастинок ). Кремній є єдиним матеріалом, який добре досліджений як в об'ємних так і в тонкоплівкових формах.

3.Матеріали та  технології

3.1.Криталічний кремній

До цих пір найбільш поширеним матеріалом для сонячних батарей був кристалічний кремній (скорочено групи, с-Si ), також відомий як "сонячний кремній". Кремній розділений на кілька категорій залежно від кристалічності і розмір кристала в результаті злитків , стрічки або пластини .

1) Монокристалічного кремнію (C-Si): часто проводиться з використанням процесу Чохральського . Монокристалічні пластини елементи, як правило, дорогі, а тому, що вони вирізані з циліндричних злитків, не повністю покривають площу сонячних модулів осередки без істотних відходів рафінованої кремнію. Тому більшість з-Si панелі виявили прогалини в чотирьох кутах осередків. 

2)Полікристалічного  кремнію або полікристалічного кремнію (полі-Si або MC-Si): з литої квадратної злитків - великих блоків розплавленого кремнію ретельно охолоджується і твердне.Poly-Si клітини є менш дорогими у виробництві, ніж окремі елементи кристалу кремнію, але вони менш ефективні. США Міністерство енергетики дані показують, що там було найбільше число продажів, ніж полікристалічний продажів монокристалічного кремнію.

3) Стрічка кремнію є одним з видів полікристалічного кремнію: вона формується, спираючись плоскі тонкі плівки з розплавленого кремнію, що призводить до полікристалічної структури. Ці клітини мають більш низьку ефективність, ніж полі-Si, але економити на витратах виробництва в зв'язку з великим скороченням відходів кремнію, так як цей підхід не вимагаєрозпилювання з злитків .

3.2.Тонкі плівки

Тонкоплівкові технології зменшують кількістьсті матеріалів, необхідних у створенні  активної речовини сонячної комірки. Більшість тонкоплівкових сонячних елементів затиснуті між двома стеклами, щоб зробити модуль. З кремнієвих сонячних панелей використовується тільки одна панель зі скла, тонкі панелі фільму приблизно вдвічі важче кристалічного кремнію панелі. Більшість фільмів панелі мають значно більш низький ККД перетворення, відставання кремнію в два-три відсоткових пункти. Тонкоплівкових сонячних технологій користуються великі інвестиції з-за успіху First Solar і в значній мірі невиконаною обіцянкою більш низька вартість і гнучкість в порівнянні до клітин кремнієвої пластини, але вони не стали основною сонячних батарей через їх низьку ефективність і відповідним велику площу в розрахунку на ват споживання продукції. телуриду кадмію (CdTe), мідно індію селеніду галію (CIGS) і аморфного кремнію (Si) три тонкоплівкової технології часто використовуються в якості зовнішньої фотоелектричної сонячної енергетики. CdTe технологія є найбільш конкурентоспроможними серед них. CdTe технології обходиться приблизно на 30% менше, ніж технології CIGS і 40% менше, ніж Si-технологій в 2011 році.

3.3.Телурид кадмію

Телурид кадмію в сонячних батареях використовуються телурид кадмію (CdTe) тонкої плівки, напівпровідникових шарів поглинати і перетворювати сонячне світло в електрику. Solarbuzz повідомив, що найнижча ціна знаходиться на рівні США $ 0.84 за кіловат-пік , з найнижчим кристалічного кремнію (C-Si) модуль на $ 1,06 у розрахунку на ват-пік. 

3.4.Мідь індію галію, селеніду.

Мідь індію селеніду галію (CIGS) є прямий до забороненої зони матеріалу. Він має високий ККД (~ 20%) із плівкових матеріалів. Традиційні методи виготовлення включають вакуумні процеси, включаючи спільне випаровування і розпилення. Останні події в IBM і Nanosolar намагаються знизити витрати, використовуючи не-вакуумні процеси.

3.5.галій арсенід багатоперехідних

Високоефективні багатоперехідні елементи спочатку були розроблені для спеціальних додатків, таких як супутники і космічні дослідження , але в даний час їх використання в наземних концентраторів може бути низької вартості альтернативи в термінах $ / кВт і $ / Вт Ці елементи багатоперехідних складається з декількох тонких плівок виробляється з використанням металоорганічних епітаксій парової фази . Потрійного з'єднання клітини, наприклад, може складатися з напівпровідників: GaAs, Ge , і GaInP ₂ . Кожен тип напівпровідників матиме характерну забороненої зони енергії, яка, грубо кажучи, змушує його поглинати світло найбільш ефективно при певного кольору, або, точніше, для поглинання електромагнітного випромінювання на частини спектра. Напівпровідники були ретельно підібрані, щоб поглинути майже всі сонячного спектра, створюючи таким чином електрику якомога більше сонячної енергії, наскільки це можливо.

Пристроїв на основі GaAs багатоперехідних є найбільш ефективними сонячних батарей на сьогоднішній день. У квітні 2011 року, потрійний клітці метаморфічних з'єднання досягло рекордно високого рівня 43,5%. Ця технологія в даний час використовується в Mars Exploration Rover місії, які закінчилися далеко за їх 90-денного розрахункового терміну служби.

Тандем  сонячних елементів на основі монолітної, послідовно з'єднаних, фосфід індію  галію (GaInP), галію GaAs арсенід і германію Ge р-п переходів, спостерігається  попит швидко рости. З грудня 2006 року і грудні 2007 року вартість металу галію 4N зросли з $ 350 за кг до $ 680 за кг. Крім того, германій цін на метал значно зросла до $ 1000-1200 за кг в цьому році. Ці матеріали включають галію (4Н, 6Н і 7Н Ga), миш'яку (4Н, 6Н і 7Н) і германію, піролітичної нітриду бору (PBN) тиглів для вирощування кристалів і оксид бору, ці продукти мають важливе значення для всієї галузі виробництва субстрату.

Triple-з'єднання  GaAs сонячні батареї також використовуються  в якості джерела живлення  в Голландії чотири пори World Solar Challenge переможців Нуна в 2003, 2005 і 2007 роках, а також голландська сонячних автомобілів Solutra (2005) , Твенте One (2007) і 21Revolution (2009).

Голландський університету Неймегена встановив рекорд для тонкоплівкових сонячних фотоелементів за допомогою одного з'єднання GaAs до 25,8% в серпні 2008 року, використовуючи всього 4 мкм шар GaAs, які можуть бути переведені з пластин бази склом або плівкою.

3.6.Світло- поглинаючі барвники (DSSC)

Сенсибілізовані барвником сонячні елементи (DSSCs) зроблені з недорогих матеріалів і не вимагають складного устаткування для виробництва, тому вони можуть бути зроблені в DIY моди, можливо, що дозволяє гравцям, щоб справити більше цього типу сонячних батарей, ніж інші. В об'ємному вона повинна бути значно дешевше, ніж старі твердотільних конструкцій елементів. DSSC може бути розроблений на гнучкі листи, і, хоча його ефективність перетворення менше, ніж кращий фільм тонкого елемента , його співвідношення ціна / продуктивність повинна бути достатньо високою, щоб дозволити їм конкурувати з викопним паливом вироблення електроенергії . DSSC був розроблений професором Майклом відкритий вченим в 1991 році в Швейцарському федеральному інституті технології (EPFL) в Лозанні (Швейцарія).

Зазвичай Рутенії металоорганічних барвника ( Ru-центрі ) використовується в якості одношарової світла поглинаючим матеріалом. Сенсибілізовані барвником сонячні елементи в залежності від мезопористих шарів наночасток діоксиду титану значно посилити поверхні (200-300 м ² / г TiO ₂ , у порівнянні з приблизно 10 м ² / г плоский монокристал). Фотогенерірованних електронів з поглинаючого світло барвника передаються на п- TiO ₂ , а також отвори поглинаються електролітом , з іншого боку барвника. Схема завершується окислювально-відновні пари в електроліті, які можуть бути рідкими або твердими. Цей типелементів дозволяє більш гнучко використовувати матеріали, і, як правило, проводиться по трафаретного друку або використання ультразвукового сопла , з потенціалом для зниження витрат на обробку, ніж ті, які використовуються для об'ємних сонячних батарей. Тим не менш, барвники в цих клітинах, також страждають від деградації під впливом високої температури іультрафіолетового світла, і елемент корпус важко запечатати через розчинників, що використовуються в збірці. Незважаючи на вище, це популярна нова технологія з деякими комерційними прогноз впливу в рамках цього десятиліття. Перші комерційні перевезення DSSC модулів сонячних сталося в липні 2009 року Інновації G24i.