Pagrindinis fotovoltinės technologijos elementas yra saulės fotovoltinis elementas. Saulės fotovoltinių elementų kūrimą galima grubiai suskirstyti į tris kartas. Pirmoji karta yra silicio saulės elementai; antroji karta yra plonasluoksniai saulės elementai; naujos technologijos, tokios kaip didelės galios koncentruojantys elementai, organiniai saulės elementai, lankstūs saulės elementai ir dažams jautrūs nano-saulės elementai bendrai vadinami trečiosios kartos saulės elementais. Šiuo metu pagrindinė dalis yra pirmosios kartos silicio pagrindu pagaminti saulės elementai, o plonasluoksnių elementų rinkos dalis palaipsniui plečiasi. Išskyrus didelės galios koncentratoriaus elementus, dauguma trečiosios kartos elementų vis dar yra laboratorinių tyrimų ir plėtros stadijoje.
Silicio saulės elementai
Tarp silicio saulės elementų monokristalinio silicio technologija yra brandžiausia. Tokių elementų efektyvumą ir kainą pirmiausia įtakoja jų gamybos procesai. Gamybos procesas daugiausia suskirstytas į kelis etapus, tokius kaip liejimas, pjaustymas, difuzija, tekstūravimas, šilkografija ir sukepinimas. Šiuo įprastu būdu pagamintų saulės elementų fotoelektrinės konversijos efektyvumas paprastai yra 16 proc. -18 proc.
Monokristalinio silicio saulės elementų konversijos efektyvumas yra didžiausias, tačiau kaina taip pat didesnė. Polikristaliniai silicio saulės elementai gali labai gerai sumažinti išlaidas. Privalumas yra tas, kad jis gali tiesiogiai gaminti didelio dydžio kvadratinius silicio luitus, tinkamus didelio masto gamybai. Įranga yra gana paprasta, todėl gamybos procesas yra paprastas, taupantis energiją ir taupant silicio medžiagą. Reikalavimai medžiagoms taip pat yra gana žemi.
Be medžiagų sąnaudų ir saulės elementų sąnaudų mažinimo, tai daugiausia pasiekiama dviem aspektais: vienas – sumažinti eksploatacines medžiagas, pavyzdžiui, sumažinti silicio plokštelių storį; kita – pagerinti konversijos efektyvumą. Efektyvumo didinimo būdai apima šiuos aspektus: Pirmasis – padidinti šviesos sugertį, pvz., paviršiaus tekstūravimas, antirefleksinių sluoksnių paruošimas ir priekinio elektrodo pločio sumažinimas. Antrasis – sumažinti fotogeneruotų nešėjų rekombinaciją ir pagerinti fotonų panaudojimą, pavyzdžiui, emiterio pasyvavimo technologiją. Trečia – sumažinti atsparumą ir padidinti fotosrovės sugertį elektrodu, pavyzdžiui, pertvaros dopingo ir atgalinio elektrinio lauko technologija.
Dabartinis monokristalinio silicio saulės elementų fotoelektrinio konversijos efektyvumo rekordas yra 24,7 proc., sukurtas Naujojo Pietų Velso universiteto PERL struktūros saulės elementų. Jo techninės savybės apima: fosforo dopingo koncentracija silicio paviršiuje yra maža, kad būtų sumažinta paviršiaus rekombinacija ir išvengta paviršiaus „negyvų sluoksnių“ egzistavimo; vietinė didelės koncentracijos difuzija naudojama po priekinio ir galinio paviršiaus elektrodais, siekiant sumažinti elektrodo srities rekombinaciją ir sukurti gerą ominį kontaktą; priekinio paviršiaus elektrodas susiaurinamas fotolitografijos būdu, siekiant padidinti šviesos sugerties plotą; priekinio paviršiaus elektrodas naudoja labiau atitinkančių metalų, tokių kaip titanas, paladis ir sidabras, derinį, kad sumažintų elektrodo ir silicio kontaktinę varžą; priekiniai ir galiniai baterijos paviršiai naudoja SiO2 ir taškinio kontakto metodus, kad sumažintų elementų paviršiaus rekombinaciją. Tačiau ši technologija dar nebuvo industrializuota.
Be PERL technologijos, konversijos efektyvumui pagerinti gali būti naudojamos ir kitos technologijos. Tokie kaip BP Solar paviršiaus grioveliais zomšos elementas ir galinis elektrodas (EWT) naudojant technologiją. Pirmasis daugiausia sumažina priekinio elektrodo plotį per lazerio griovelių procesą ir padidina saulės šviesos sugerties plotą, o didelio masto gamyba gali pasiekti 18,3 procentų efektyvumą; Galinė pusė, taip padidindama priekinės pusės šviesos sugerties plotą, gali pasiekti 21,3 procento efektyvumą.
Plonos plėvelės saulės elementai
Kristalinio silicio saulės elementai yra labai efektyvūs ir vis dar dominuoja didelio masto pritaikymuose ir pramoninėje gamyboje. Tačiau dėl gana didelės silicio medžiagų kainos labai sunku labai sumažinti jos kainą. Norint rasti alternatyvų kristalinio silicio elementams, atsirado pigesnių plonasluoksnių saulės elementų. Pagrindinės plonos plėvelės baterijos yra silicio pagrindu pagamintos plonos plėvelės baterijos, kadmio telūrido (CdTe) plonasluoksnės baterijos ir vario indžio galio selenido (CIGS) plonos plėvelės baterijos.
Silicio pagrindu pagamintų plonasluoksnių elementų storis yra tik 2 mikronai. Palyginti su kristalinio silicio elementais, kurių storis yra apie 180 mikronų, silicio medžiagos kiekis yra tik apie 1,5 procento kristalinio silicio elementų kiekio, o kaina yra maža. Pagal įtrauktų PN jungčių skaičių silicio pagrindo plonasluoksnės ląstelės skirstomos į vienos jungties, dvigubos jungties ir kelių jungčių elementus. Skirtingos PN jungtys gali sugerti skirtingo bangos ilgio saulės šviesą. Šiuo metu didžiausias vienos jungties elementų efektyvumas gali siekti 7 proc., o dvigubos jungties elementų – 10 proc.
Dėl geros medžiagos šviesos sugerties greičio kadmio telūrido plonasluoksnių elementų konversijos efektyvumas yra didesnis nei silicio pagrindu pagamintų plonasluoksnių elementų, o dabartinis efektyvumas gali siekti 12 procentų. Tačiau elementas kadmis turi kancerogeninį poveikį, o natūralios telūro atsargos yra ribotos, o tai riboja ilgalaikį šios baterijos vystymąsi.
Vario indžio galio selenido plonasluoksnės baterijos yra laikomos būsima didelio efektyvumo plonasluoksnių baterijų plėtros kryptimi, kuri gali pagerinti saulės šviesos sugerties greitį koreguojant gamybos procesą ir taip pagerinti konversijos efektyvumą. Šiuo metu laboratorijos konversijos efektyvumas gali siekti 20,1 proc., o gaminio – 13-14 proc., o tai yra didžiausias tarp visų plonasluoksnių baterijų.
Trečiosios kartos saulės elementai
Trečiosios kartos ląstelės teoriškai gali pasiekti didesnį konversijos efektyvumą. Šiame etape, išskyrus koncentratoriaus ląsteles, dauguma jų vis dar yra laboratorinių tyrimų stadijoje.
Koncentratoriaus elementai paprastai naudoja III-V puslaidininkines medžiagas, daugiausia dėl to, kad III-V puslaidininkiai turi daug didesnį atsparumą aukštai temperatūrai nei silicio, vis dar turi aukštą fotoelektrinio konversijos efektyvumą esant dideliam apšvietimui, o daugialypės jungties struktūra suteikia jų absorbcijos spektrą ir saulės šviesos spektrą. yra beveik vienodi, o teorinis konversijos efektyvumas gali siekti 68 procentus. Šiuo metu tris PN jungtis sudaro trys skirtingos puslaidininkinės medžiagos – germanis, galio arsenidas ir galio indžio fosforas. Jei vykdoma didelio masto gamyba, efektyvumas gali siekti daugiau nei 40 procentų.
Saulės elementai yra supakuoti į saulės modulius, o skirtingų saulės elementų pritaikymas priklauso nuo jų savybių ir rinkos paklausos raidos. Pirmosiomis dienomis saulės energija daugiausia buvo naudojama ryšių bazinėse stotyse ir dirbtiniuose palydovuose, o vėliau palaipsniui pateko į civilinę sritį, pavyzdžiui, saulės stogus. Pagal šiuos scenarijus įrengimo plotas yra mažas, o energijos tankio reikalavimas yra didelis, todėl kristalinio silicio moduliai užima pagrindinę rinkos dalį. Plėtojant didelio masto saulės dykumos elektrines ir fotovoltinius pastatus, energijos tankis, kaip svarbus veiksnys, kurį reikia apsvarstyti, pamažu pakeitė visapusiškas sąnaudas, o plonasluoksnių baterijų naudojimas auga. Be to, skirtingų technologijų taikymui įtakos turi ir kiti veiksniai, pavyzdžiui, naudojimo aplinka ir klimato sąlygos.
