Повышение эффективности преобразования солнечной энергии

Максимальный КПД солнечных элементов (СЭ), выполненных на основе каскадных гетероструктур, достигнутый в лаборатории (фирма «Спектролаб», США), составляет 36,9 %, для СЭ из кремния – 24 %. Практически все заводы в России и за рубежом выпускают солнечные элементы с КПД 14 – 17 %. Фирма Sun Power Corp. (США) начала в 2003 г. производство солнечных элементов из кремния размером 125х125мм с КПД 20 %.

Новые технологии и материалы позволят в ближай­шие пять лет увеличить КПД СЭ, выполняемых на основе каскадных гетероструктур, в лаборатории до 40, в про­изводстве – до 26 – 30 %, КПД СЭ из кремния – в лаборатории до 28, в промышленности до 22 %.

В России и за рубежом разрабатывают новое поколение СЭ с предельным КПД до 93 %, применяя новые физические принципы, материалы и структуры. Основные усилия направлены на более полное использование всего спектра солнечного излучения и полной энергии фотонов по принципу: каждый фотон должен поглощаться в варизонном или каскадном полупроводнике с запрещенной зоной, ширина которой соответствует энергии этого фотона, что позволит на 47 % снизить потери в СЭ. Для этого разрабатываются СЭ:

– каскадные из полупроводников с запрещенной зоной, различной ширины;

– с запрещенной зоной переменной ширины;

– с примесными энергетическими уровнями в запрещенной зоне.

Другие подходы к повышению КПД СЭ связаны с использованием концентрированного солнечного излучения, созданием полимерных СЭ, а также наноструктур на основе кремния и фуллеренов.