Aurinkosähkötekniikan avainelementti on aurinkokenno. Aurinkosähkökennojen kehitys voidaan jakaa karkeasti kolmeen sukupolveen. Ensimmäinen sukupolvi on piiaurinkokennot; toinen sukupolvi on ohutkalvo aurinkokennoja; Uusia teknologioita, kuten suuritehoisia keskittäviä kennoja, orgaanisia aurinkokennoja, joustavia aurinkokennoja ja väriaineherkistettyjä nanoaurinkokennoja kutsutaan yhteisesti kolmannen sukupolven aurinkokennoiksi. Tällä hetkellä valtavirta on ensimmäisen sukupolven piipohjaiset aurinkokennot, ja ohutkalvokennojen markkinaosuus on vähitellen kasvamassa. Suuritehoisia rikastinkennoja lukuun ottamatta suurin osa kolmannen sukupolven kennoista on vielä laboratoriotutkimus- ja kehitysvaiheessa.
Pii-aurinkokennot
Piin aurinkokennoista yksikiteinen piitekniikka on kypsin. Tällaisten kennojen tehokkuuteen ja kustannuksiin vaikuttavat ensisijaisesti niiden valmistusprosessit. Valmistusprosessi on jaettu pääasiassa useisiin vaiheisiin, kuten harkkovalu, viipalointi, diffuusio, teksturointi, silkkipainatus ja sintraus. Tällä yleisellä prosessilla valmistettujen aurinkokennojen valosähköinen muunnostehokkuus on yleensä 16 prosenttia -18 prosenttia.
Yksikiteisten piin aurinkokennojen muunnostehokkuus on korkein, mutta myös hinta on korkeampi. Monikiteiset piiaurinkokennot voivat alentaa kustannuksia erittäin hyvin. Etuna on, että se pystyy suoraan valmistamaan suurikokoisia neliömäisiä piiharkkoja, jotka soveltuvat laajamittaiseen tuotantoon. Laitteet ovat suhteellisen yksinkertaisia, joten valmistusprosessi on yksinkertainen, energiaa säästävä ja piimateriaalia säästävä. Myös materiaalivaatimukset ovat suhteellisen alhaiset.
Materiaalikustannusten ja aurinkokennojen kustannusten vähentämisen lisäksi se saavutetaan pääasiassa kahdella tavalla: toinen on kulutustarvikkeiden vähentäminen, kuten piikiekkojen paksuuden vähentäminen; toinen on muunnostehokkuuden parantaminen. Tapoja tehostaa ovat seuraavat näkökohdat: Ensimmäinen on lisätä valon absorptiota, kuten pintakuviointi, heijastuksenestokerrosten valmistelu ja etuelektrodin leveyden pienentäminen. Toinen on vähentää valogeneroitujen kantajien rekombinaatiota ja parantaa fotonien käyttöä, kuten emitteripassivointitekniikkaa. Kolmas on vähentää vastusta ja lisätä valovirran absorptiota elektrodilla, kuten väliseostus- ja takasähkökenttätekniikka.
Nykyinen ennätys monokiteisten piin aurinkokennojen valosähköisessä muunnostehokkuudessa on 24,7 prosenttia New South Walesin yliopiston PERL-rakenneaurinkokennojen luomista. Sen teknisiä ominaisuuksia ovat: fosforiseostuksen pitoisuus piipinnalla on alhainen pinnan rekombinaatioiden vähentämiseksi ja pinnan "kuolleiden kerrosten" välttämiseksi; Paikallista korkean pitoisuuden diffuusiota käytetään etu- ja takapinnan elektrodien alla vähentämään elektrodialueen rekombinaatiota ja muodostamaan hyvä ohminen kosketus; etupinnan elektrodia kavennetaan fotolitografiaprosessilla valon absorptioalueen lisäämiseksi; etupinnan elektrodi käyttää yhdistelmää paremmin yhteensopivia metalleja, kuten titaania, palladiumia ja hopeaa, vähentämään elektrodin ja piin välistä kosketusvastusta; akun etu- ja takapinnat käyttävät SiO2- ja pistekontaktimenetelmiä kennojen pintarekombinaatioiden vähentämiseksi. Teknologiaa ei kuitenkaan ole vielä teollistettu.
PERL-tekniikan lisäksi voidaan käyttää myös muita teknologioita muunnostehokkuuden parantamiseen. Kuten BP Solarin pinnalla uritettu mokkanahkakenno ja takaelektrodi (EWT) tekniikan avulla. Edellinen vähentää pääasiassa etuelektrodin leveyttä laseruritusprosessin kautta ja lisää auringonvalon absorptioaluetta, ja laajamittainen tuotanto voi saavuttaa 18,3 prosentin tehokkuuden; Takapuoli, mikä lisää siten etupuolen valon absorptioaluetta, voi saavuttaa 21,3 prosentin hyötysuhteen.
Ohutkalvo aurinkokennot
Kiteiset piiaurinkokennot ovat erittäin tehokkaita ja hallitsevat edelleen suuria sovelluksia ja teollista tuotantoa. Piimateriaalien suhteellisen korkean hinnan vuoksi on kuitenkin erittäin vaikeaa vähentää merkittävästi sen kustannuksia. Vaihtoehtojen löytämiseksi kiteisille piikennoille on kehitetty halvempia ohutkalvoaurinkokennoja. Yleisimmät ohutkalvoakut ovat piipohjaiset ohutkalvoakut, kadmiumtelluridi (CdTe) -ohutkalvoakut ja kupari-indiumgallium-selenide (CIGS) -ohutkalvoakut.
Piipohjaisten ohutkalvokennojen paksuus on vain 2 mikronia. Verrattuna kiteisiin piikennoihin, joiden paksuus on noin 180 mikronia, piimateriaalin määrä on vain noin 1,5 prosenttia kiteisten piikennojen määrästä, ja kustannukset ovat alhaiset. Mukana olevien PN-liitosten lukumäärän mukaan piipohjaiset ohutkalvokennot jaetaan yksiliitoskennoihin, kaksoisliitoskennoihin ja moniliitoskennoihin. Erilaiset PN-liitokset voivat absorboida eri aallonpituuksilla olevaa auringonvaloa. Tällä hetkelläkorkein tehokkuus yhden risteyksen solujen voi saavuttaa 7 prosenttia , ja kaksinkertainen liitos solut voivat saavuttaa 10 prosenttia .
Materiaalin hyvän valon absorptionopeuden ansiosta kadmiumtelluridiohutkalvokennojen muunnostehokkuus on korkeampi kuin piipohjaisten ohutkalvokennojen, ja nykyinen hyötysuhde voi olla 12 prosenttia. Alkuaine kadmiumilla on kuitenkin syöpää aiheuttavia vaikutuksia ja telluurin luonnonvarat ovat rajalliset, mikä rajoittaa tämän akun pitkäkestoista kehitystä.
Kupari-indium-gallium-selenidiohutkalvoparistoja pidetään korkean hyötysuhteen ohutkalvoparistojen tulevaisuuden kehityssuuntana, mikä voi parantaa auringonvalon absorptionopeutta säätämällä valmistusprosessia, mikä parantaa muunnostehokkuutta. Tällä hetkellä laboratorion muunnostehokkuus voi nousta 20,1 prosenttiin ja tuotteen hyötysuhde jopa 13-14 prosenttiin, mikä on korkein kaikista ohutkalvoakuista.
Kolmannen sukupolven aurinkokennot
Kolmannen sukupolven solut voivat teoriassa saavuttaa korkeamman muunnostehokkuuden. Tässä vaiheessa rikastinkennoja lukuun ottamatta suurin osa niistä on vielä laboratoriotutkimusvaiheessa.
Keskitinkennoissa käytetään yleensä III-V-puolijohdemateriaaleja, pääasiassa siksi, että III-V-puolijohteilla on paljon korkeampi lämpötilankesto kuin piillä, niillä on silti korkea valosähköinen muunnosteho korkeassa valaistuksessa ja moniliitosrakenne tekee niiden absorptiospektrin ja auringonvalon spektrin. ovat lähes samat, ja teoreettinen muunnostehokkuus voi olla 68 prosenttia. Tällä hetkellä kolme PN-liitosta muodostuu kolmesta erilaisesta puolijohdemateriaalista, germaniumista, galliumarsenidista ja galliumindiumfosforista. Jos tehdään laajamittaista tuotantoa, hyötysuhde voi nousta yli 40 prosenttiin.
Aurinkokennot pakataan aurinkomoduuleihin, ja erilaisten aurinkokennojen käyttö riippuu niiden omista ominaisuuksista ja markkinoiden kysynnän kehityksestä. Alkuaikoina aurinkoenergiaa käytettiin pääasiassa viestintätukiasemissa ja keinotekoisissa satelliiteissa, ja myöhemmin se siirtyi vähitellen siviilikäyttöön, kuten aurinkokattoihin. Näissä skenaarioissa asennuspinta-ala on pieni ja energiatiheysvaatimus korkea, joten kiteisillä piimoduuleilla on päämarkkinaosuus. Laajamittaisten aurinko-aavikkovoimaloiden ja aurinkosähkörakennusten kehittämisen myötä kattavat kustannukset ovat vähitellen korvanneet energiatiheyden tärkeänä huomioon otettavana tekijänä, ja ohutkalvoakkujen käyttö on kasvussa. Lisäksi eri teknologioiden soveltamiseen vaikuttavat myös muut tekijät, kuten käyttöympäristö ja ilmasto-olosuhteet.
