Новая энергетика

Физический принцип работы солнечных батарей

Новая энергетика - Солнечная энергетика

Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны - энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различные комбинации перечисленных способов.

Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.

Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с:

§ отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя,

§ прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нём,

§ рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов,

§ рекомбинацией образовавшихся фото-пар на поверхностях и в объёме ФЭП,

§ внутренним сопротивлением преобразователя,

§ и некоторыми другими физическими процессами.

Для уменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП разрабатываются и успешно применяется различные мероприятия. К их числу относятся:

§ использование полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённой зоны;

§ направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легирования и создания встроенных электрических полей;

§ переход от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;

§ оптимизация конструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n перехода, толщины базового слоя, частоты контактной сетки и др.);

§ применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту ФЭП от космической радиации;

§ разработка ФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основной полосы поглощения;

§ создание каскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоны полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;

Также существенного повышения КПД ФЭП удалось добиться за счёт создания преобразователей с двухсторонней чувствительностью (до +80 % к уже имеющемуся КПД одной стороны), применения люминесцентно переизлучающих структур, предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей (дихроичных зеркал) с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭПи т. д.