Теоретичне значення коефіцієнта корисної дії фотоелектронного перетворювача на основі кремнію становить близько 30%. Це пов'язано зі швидкістю рекомбінації заряджених частинок, кількістю власної концентрації носіїв при різних температурах і ступеня чистоти матеріалу. Крім цього, на значення ККД впливає склад і спосіб формування р-шару і його светопоглощающую здатність. Ці фактори визначили напрямки підвищення ККД фотоелектронних пристроїв.
Склад і способи формування р-n шару
В даний час використовуються і розвиваються три способи формування р-n шару.
- Насичення поверхневого шару хімічними елементами або з'єднаннями хімічним, електрохімічним і фізичним способом. Насичення поверхні відбувається в результаті реакцій легуючих елементів і основи або бомбардування поверхні обраними елементами.
- Багатошарові тонкоплівкові покриття (тонкоплівкова фотовольтаїка). Перспективним напрямком стали кремнийорганические плівки, халькогенідні матеріали (що містять сірку, селен, телур) і плівки на основі аморфного кремнію (a-Si), телуриду кадмію і мідь-індій-галій-діселеніда.
- Нанотехнології (наногетероструктурние фотоперетворювачів). У цій області розрізняють два напрямки: формування поглинаючого шару на підставі нанотрубок з графена (товщина стінки 1-2 атома вуглецю) з наповнювачем з кремнийсодержащих компонентів і струмопровідних полімерів з додаванням кремнію. Вважається, що нанотехнології в сонячній енергетиці вийдуть на промисловий рівень не раніше 2020 року (рис. 1).
Крім цього, на підвищення ККД, або його утримання на колишньому рівні, впливає якість і властивості поверхні фотоелемента.
поверхня ФЕП
На сьогоднішній день формування захисних і светопоглощающих властивостей поверхні ФЕП розвивається за двома напрямками:
- Захист поверхні склом з особливими властивостями. Це покриття скла антивідблисків покриттями, які перешкоджають виходу відбитих від робочого шару фотонів зі скла (фотон відбивається від покриття і повертається до робочої поверхні). Інший спосіб - це нанесення покриттів поляризує світло і відтинають інфрачервону складову сонячного світла. Це дозволяє знизити втрати, що виникають через нагрівання робочого елемента. Покриття має володіти гідрофобними (водовідштовхувальними) властивостями.
- Нанесення тонкоплівкових водостійких покриттів з особливими оптичними властивостями. Особливі властивості досягаються формуванням на поверхні плівки светопреломляющих наноконусов або нанотрубок. Обидва способи дозволяють збільшити светопоглощающую здатність робочого шару і не впливають на експлуатаційні характеристики (термін експлуатації і зручність обслуговування).
ККД в 15-18% монокристалічних панелей і 12-14% полікристалічних, виготовлених в умовах промислового типу виробництва , Швидше за все, досяг свого технічного і технологічного стелі. Ступінь очищення сировини для монокристалічних модулів вже становить три дев'ятки після коми і подальше підвищення ступеня чистоти матеріалу економічно не виправдане.
У лабораторних умовах досягнення ККД 20-25% (max 30%) стало досить звичайною справою. Перспективними вважаються ФЕП на основі тонкоплівкових багатошарових технологій і нанотехнологій, але вони досить дорогі в порівнянні з існуючими технологіями виготовлення панелей на основі моно- і полікристалічного кремнію.
