КПД фотоэлементов:
КПД производимых в промышленных масштабах полупроводниковых фотоэлементов в среднем составляет 16-19 %, у лучших образцов – до 25 %. В лабораторных условиях уже достигнуты фотоэлементы с КПД порядка 44-45 %.
Ниже в таблице приводится КПД некоторых фотоэлектрических элементов, произведенных на основе различных материалов.
Таблица 1.
Максимальные значения эффективности фотоэлементов и модулей, достигнутые в лабораторных условиях
Тип | Коэффициент фотоэлектрического преобразования, % |
Кремниевые | 24,7 |
Si (кристаллический) | |
Si (поликристаллический) | |
Si (тонкопленочная передача) | |
Si (тонкопленочный субмодуль) | 10,4 |
Si (аморфный) | 9,5 |
Si (нанокристаллический) | 10,1 |
На основе арсенида галлия и т.п. | |
GaAs (кристаллический) | 25,1 |
GaAs (тонкопленочный) | 24,5 |
GaAs (поликристаллический) | 18,2 |
InP (кристаллический) | 21,9 |
Тонкие плёнки халькогенидов | |
CIGS (фотоэлемент) | 19,9 |
CIGS (субмодуль) | 16,6 |
CdTe (фотоэлемент) | 16,5 |
Фотохимические | |
На базе органических красителей | 10,4 |
На базе органических красителей (субмодуль) | 7,9 |
Органические | |
Органический полимер | 5,15 |
Многослойные | |
GaInP/GaAs/Ge | 32,0 |
GaInP/GaAs | 30,3 |
GaAs/CIS (тонкопленочный) | 25,8 |
a-Si/mc-Si (тонкий субмодуль) | 11,7 |
Такие огромные потери полупроводниковых фотоэлементов (невысокий КПД преобразования солнечного света в электрическую энергию) вызваны отражением солнечного излучения от поверхности фотоэлектрического преобразователя; прохождением части солнечного излучения через фотоэлемент без поглощения в нём; рассеянием избыточной энергии фотонов на тепловые колебания кристаллической решётки; рекомбинацией образовавшихся пар носителей зарядов; внутренним сопротивлением самого фотоэлемента и другими физическими процессами.
Наиболее вероятными материалами для фотоэлементов, используемых в солнечных электростанциях и солнечных батареях, считаются кремний, селенид меди-индия-галлия (Cu(In,Ga)Se2) и арсенид галлия (GaAs).
Повышение КПД фотоэлементов возможно за счет:
– использования полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённой зоны (например, полупроводников из иных материалов нежели кремний: материалов на основе комплексных галогенидов сурьмы и висмута и пр.);
– направленного улучшения свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легирования и создания встроенных электрических полей;
– перехода от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;
– оптимизации конструктивных параметров фотоэлектрического преобразователя (глубины залегания p-n перехода, толщины базового слоя, частоты контактной сетки и др.);
– применения многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту фотоэлемента от космической радиации;
– разработки фотоэлементов, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основной полосы поглощения;
– создания каскадных фотоэлементов из специально подобранных по ширине запрещённой зоны полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;
– создания фотоэлектрических преобразователей с двухсторонней чувствительностью (добавляют дополнительные 80 % к уже имеющемуся КПД одной стороны);
– применения люминесцентно-переизлучающих структур;
– использования линз Френеля,
– предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей (дихроичных зеркал) с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным фотоэлементами;
– использования различных нанослоев и нанопокрытий фотоэлементов и т.д.
Применение фотоэлементов:
Фотоэлементы используются:
– в солнечных батареях и электростанциях,
– в защитных устройствах,
– в системах управления производственными процессами,
– в химических анализаторах,
– в системах контроля за сгоранием топлива, за температурой,
– для контроля качества продукции массового производства,
– для светотехнических измерений,
– в указателях уровня,
– в счётных устройствах,
– для синхронизации,
– для автоматического открывания дверей,
– в реле времени,
– в записывающих устройствах,
– и прочих устройствах и оборудовании.
Примечание: Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
карта сайта
Коэффициент востребованности
455