Что такое кремниевые солнечные элементы?

Солнечные элементы - это устройства, которые преобразуют энергию света в электрическую энергию. Для правильной работы ячейки должны быть покрыты полупроводниковым материалом, способным поглощать свет. Кремниевые солнечные элементы - это солнечные элементы, покрытые кремнием, которые используются чаще всего. Эти ячейки соединены последовательно, называемые модулями, и модули соединены в массив, который производит желаемое напряжение. Затем они помещаются в защитный контейнер за стеклянными панелями, которые направляют солнечный свет на клетки.

Когда свет попадает на солнечную панель, фотоны поглощаются полупроводниковым материалом. Электроны выбрасываются и проходят через материал, производящий электричество. Массив кремниевых солнечных элементов преобразует эту энергию в электричество постоянного тока (DC). В интегрированной системе электричество затем подается в электросеть с помощью инверторов. Автономные солнечные продукты хранят электричество в батареях.

Хотя кремний является очень распространенным элементом, он обычно связан с кремнеземом. Чистый кремний должен быть извлечен из кремнезема, а затем обработан для увеличения его проводимости. Чистый кремний является плохим проводником электричества, но когда добавляются определенные примеси, как правило, атомы фосфора, он становится отличным проводником. Эта обработка тратит много энергии и отвечает за высокую стоимость кремниевых солнечных элементов. Традиционно изготовленные ячейки используют монокристаллический кремний в объемном виде, который нарезают на пластины.

Чтобы помочь снизить стоимость, ученые разработали тонкопленочные кремниевые солнечные элементы. Они используют только около одного процента кремния, который будет использовать традиционная ячейка, но, к сожалению, они гораздо менее эффективны. Были разработаны ячейки, сделанные из нескольких слоев тонкой пленки, которые являются такими же эффективными, как и более дорогие традиционные ячейки, и в то же время сохраняют преимущества более низкой стоимости, меньшего веса и большей гибкости. Поликристаллические и аморфные тонкопленочные кремниевые элементы являются дополнительными, более дешевыми вариантами.

Еще одна задача для ученых - найти способ повысить эффективность кремниевых солнечных элементов. Солнечный свет имеет широкий диапазон длин волн, содержащий фотоны с широким диапазоном энергий. Некоторые из них слишком слабы или слишком сильны, чтобы образовать электронно-дырочную пару, необходимую для захвата полупроводниковым материалом. Большинство элементов имеют эффективность только 15%, что означает, что они захватывают только 15% электрической энергии, доступной в солнечном свете, который проходит через панели.

Во всем мире ведется работа по поиску путей повышения эффективности и снижения стоимости кремниевых солнечных элементов. Поиск путей повышения эффективности тонких пленок, тем самым значительно снижая стоимость, является приоритетом исследовательского проекта, финансируемого Европейским Союзом. Компания в Японии разработала кремниевые солнечные элементы для использования в нескольких продуктах, средняя эффективность которых составляет 25%. Американская корпорация Boeing-Spectrolab разработала кремниевый солнечный элемент концентратора с КПД 40,7%.

Исследования и разработки Mare необходимы прежде, чем солнечная энергия станет основным источником энергии, однако это область, которая получает международное внимание и финансирование. По мере снижения стоимости и повышения эффективности солнечная энергия может стать гораздо более распространенным явлением. Даже с этими проблемами кремниевые солнечные элементы уже используются в различных продуктах. К ним относятся предметы повседневного пользования, такие как калькуляторы, фонарики, зарядные устройства для телефонов, фонтаны и бытовые и коммерческие системы горячего водоснабжения.