Elemen utama teknologi fotovoltaik ialah sel fotovoltaik suria. Pembangunan sel fotovoltaik suria boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga generasi. Generasi pertama ialah sel suria silikon; generasi kedua ialah sel suria filem nipis; teknologi baharu seperti sel penumpuan kuasa tinggi, sel suria organik, sel suria fleksibel dan sel suria nano peka pewarna secara kolektif dirujuk sebagai sel suria generasi ketiga. Pada masa ini, arus perdana ialah generasi pertama sel suria berasaskan silikon, dan bahagian pasaran sel filem nipis berkembang secara beransur-ansur. Kecuali sel penumpu berkuasa tinggi, kebanyakan sel generasi ketiga masih dalam peringkat penyelidikan dan pembangunan makmal.
sel suria silikon
Antara sel suria silikon, teknologi silikon monohabluran adalah yang paling matang. Kecekapan dan kos sel tersebut dipengaruhi terutamanya oleh proses pembuatannya. Proses pembuatan terutamanya dibahagikan kepada beberapa langkah seperti tuangan jongkong, penghirisan, resapan, penteksunan, percetakan skrin dan pensinteran. Kecekapan penukaran fotoelektrik sel suria yang dihasilkan oleh proses biasa ini secara amnya ialah 16 peratus -18 peratus .
Kecekapan penukaran sel suria silikon monohabluran adalah yang tertinggi, tetapi kosnya juga lebih tinggi. Sel suria silikon polihabluran boleh mengurangkan kos dengan baik. Kelebihannya ialah ia boleh terus mengeluarkan jongkong silikon persegi bersaiz besar yang sesuai untuk pengeluaran berskala besar. Peralatannya agak mudah, jadi proses pembuatannya mudah, penjimatan kuasa, dan penjimatan bahan silikon. Keperluan bahan juga agak rendah.
Di samping mengurangkan kos bahan dan kos sel suria, ia terutamanya dicapai melalui dua aspek: satu adalah untuk mengurangkan bahan habis pakai, seperti mengurangkan ketebalan wafer silikon; satu lagi adalah untuk meningkatkan kecekapan penukaran. Cara-cara untuk meningkatkan kecekapan termasuk aspek-aspek berikut: Yang pertama adalah untuk meningkatkan penyerapan cahaya, seperti tekstur permukaan, penyediaan lapisan anti-pantulan, dan mengurangkan lebar elektrod hadapan. Yang kedua adalah untuk mengurangkan penggabungan semula pembawa yang dijana foto dan meningkatkan penggunaan foton, seperti teknologi pemasifan pemancar. Yang ketiga ialah mengurangkan rintangan dan meningkatkan penyerapan arus foto oleh elektrod, seperti doping partition dan teknologi medan elektrik belakang.
Rekod semasa bagi kecekapan penukaran fotoelektrik sel suria silikon monohabluran ialah 24.7 peratus yang dicipta oleh sel suria struktur PERL Universiti New South Wales. Ciri teknikalnya termasuk: kepekatan doping fosforus pada permukaan silikon adalah rendah untuk mengurangkan penggabungan semula permukaan dan mengelakkan kewujudan "lapisan mati" permukaan; penyebaran kepekatan tinggi tempatan digunakan di bawah elektrod permukaan hadapan dan belakang untuk mengurangkan penggabungan semula kawasan elektrod dan membentuk sentuhan Ohmik yang baik; elektrod permukaan hadapan disempitkan oleh proses fotolitografi untuk meningkatkan kawasan penyerapan cahaya; elektrod permukaan hadapan menggunakan gabungan lebih padanan logam seperti titanium, paladium, dan perak untuk mengurangkan rintangan sentuhan antara elektrod dan silikon; permukaan hadapan dan belakang bateri menggunakan kaedah sentuhan SiO2 dan titik untuk mengurangkan penggabungan semula permukaan sel. Walau bagaimanapun, teknologi itu belum lagi diindustrikan.
Selain teknologi PERL, teknologi lain juga boleh digunakan untuk meningkatkan kecekapan penukaran. Seperti sel suede beralur permukaan BP Solar dan elektrod belakang (EWT) melalui teknologi. Yang pertama terutamanya mengurangkan lebar elektrod hadapan melalui proses alur laser dan meningkatkan kawasan penyerapan cahaya matahari, dan pengeluaran berskala besar boleh mencapai kecekapan sebanyak 18.3 peratus; Bahagian belakang, sekali gus meningkatkan kawasan penyerapan cahaya bahagian hadapan, boleh mencapai kecekapan 21.3 peratus .
Sel suria filem nipis
Sel suria silikon kristal sangat cekap dan masih mendominasi dalam aplikasi berskala besar dan pengeluaran perindustrian. Walau bagaimanapun, disebabkan harga bahan silikon yang agak tinggi, sangat sukar untuk mengurangkan kosnya dengan banyak. Untuk mencari alternatif kepada sel silikon kristal, sel suria filem nipis kos rendah telah muncul. Bateri filem nipis arus perdana ialah bateri filem nipis berasaskan silikon, bateri filem nipis cadmium telluride (CdTe), dan bateri filem nipis indium gallium selenide (CIGS) kuprum.
Ketebalan sel filem nipis berasaskan silikon hanya 2 mikron. Berbanding dengan sel silikon kristal dengan ketebalan kira-kira 180 mikron, jumlah bahan silikon hanya kira-kira 1.5 peratus daripada sel silikon kristal, dan kosnya rendah. Mengikut bilangan simpang PN yang disertakan, sel filem nipis berasaskan silikon dibahagikan kepada sel simpang tunggal, sel simpang dua dan sel simpang berbilang. Persimpangan PN yang berbeza boleh menyerap cahaya matahari dengan panjang gelombang yang berbeza. Pada masa ini, kecekapan tertinggi sel simpang tunggal boleh mencapai 7 peratus, dan sel simpang dua boleh mencapai 10 peratus.
Oleh kerana kadar penyerapan cahaya bahan yang baik, kecekapan penukaran sel filem nipis kadmium telluride lebih tinggi daripada sel filem nipis berasaskan silikon, dan kecekapan semasa boleh mencapai 12 peratus. Walau bagaimanapun, unsur kadmium mempunyai kesan karsinogenik dan rizab semula jadi telurium adalah terhad, yang menyekat pembangunan jangka panjang bateri ini.
Bateri filem nipis indium gallium selenide tembaga dianggap sebagai hala tuju pembangunan masa depan bagi bateri filem nipis berkecekapan tinggi, yang boleh meningkatkan kadar penyerapan cahaya matahari dengan melaraskan proses pembuatan, dengan itu meningkatkan kecekapan penukaran. Pada masa ini, kecekapan penukaran makmal boleh mencapai 20.1 peratus , dan kecekapan produk boleh mencapai 13-14 peratus , yang merupakan yang tertinggi antara semua bateri filem nipis.
Sel suria generasi ketiga
Sel generasi ketiga secara teorinya boleh mencapai kecekapan penukaran yang lebih tinggi. Pada peringkat ini, kecuali sel penumpu, kebanyakannya masih dalam peringkat penyelidikan makmal.
Sel penumpu biasanya menggunakan bahan semikonduktor III-V, terutamanya kerana semikonduktor III-V mempunyai rintangan suhu tinggi yang jauh lebih tinggi daripada silikon, masih mempunyai kecekapan penukaran fotoelektrik yang tinggi di bawah pencahayaan yang tinggi, dan struktur berbilang simpang menjadikan spektrum penyerapan dan spektrum cahaya matahari mereka. hampir sama, dan kecekapan penukaran teori boleh mencapai 68 peratus . Pada masa ini, tiga persimpangan PN dibentuk oleh tiga bahan semikonduktor yang berbeza, germanium, gallium arsenide, dan gallium indium fosforus. Jika pengeluaran berskala besar dijalankan, kecekapan boleh mencapai lebih daripada 40 peratus .
Sel suria dibungkus ke dalam modul suria, dan aplikasi sel suria yang berbeza bergantung pada ciri-ciri mereka sendiri dan perkembangan permintaan pasaran. Pada masa awal, tenaga suria digunakan terutamanya dalam stesen pangkalan komunikasi dan satelit buatan, dan kemudian secara beransur-ansur memasuki medan awam, seperti bumbung solar. Dalam senario ini, kawasan pemasangan adalah kecil dan keperluan ketumpatan tenaga adalah tinggi, jadi modul silikon kristal menduduki bahagian pasaran utama. Dengan pembangunan loji janakuasa gurun suria berskala besar dan bangunan fotovoltaik, kos komprehensif secara beransur-ansur telah menggantikan ketumpatan tenaga sebagai faktor penting untuk dipertimbangkan, dan penggunaan bateri filem nipis semakin meningkat. Selain itu, aplikasi teknologi yang berbeza juga dipengaruhi oleh faktor lain seperti persekitaran penggunaan dan keadaan iklim.
