Фотовольтаический взор

Фотовольтаика — способ выработки электронной энергии методом использования фоточувствительных частей для преобразования солнечной энергии в электричество. По данным EPIA самой всераспространенной является кремниевая солнечная разработка (она занимает 90% рынка). Кремниевые солнечные элементы могут делать из монокристаллического, поликристаллического (либо мультикристаллического) либо бесформенного кремния (гибкие солнечные модули). Гибкие солнечные панели позволяют располагать их на поверхностях самой различной формы, что наращивает площадь покрытия батареями, а модули с линзовыми системами, концентрирующими солнечное излучение, позволяют сберечь на дорогостоящем материале. Не считая кремниевой кристаллической технологии существует тонкопленочная разработка. Она состоит в нанесении пленок соединений на подложку из стекла либо пластика. Соединения могут быть различными (набросок 2): бесформенный кремний, кадмий теллур (CdTe), соединения типа медь-индий/галлий-диселенид/дисульфид, мультислойные соединения.

Но каким бы методом ни была получена энергия Солнца, остается открытым вопрос о технической реализации загаданного. Более всераспространенным посреди бытового потребителя солнечной энергии является конкретноеподключение солнечного модуля к наружной электронной сети. Это позволяет реализовать избытки солнечной энергии поставщикам обычного электричества из сети (о программке Feed-in Tariff Нанометр уже писал в статье Солнечная энергетика: 2014 ). В отсутствие солнечного излучения электронная энергия поступает конкретно из централизованной электронной сети. Просторы полей, крыши промышленных цехов, терминалов аэродромов — безупречная площадка для солнечных модулей. Такие системы по собственной технической реализации подобны бытовым, потому что потребители подключаются к тому же к наружной электронной цепи. Сельская электрификация государств с развивающейся экономикой, недоступных районов либо тех, которые не подключены к централизованной электронной сети, обеспечение энергией нефтяников, газовщиков, спасателей МЧС, всех, кто находится в отдалении от централизованных электросетей, с легкостью может воплотиться в жизнь силами солнечных модулей. Более подробную информацию о этом можно получить на веб-сайте Rural Electrification. Не считая этого вероятна композиция источников разных видов другой энергии. Питание удаленных станций сотовой связи, светофоров, маяков и пр. — более многообещающие направления развития так именуемой автономной (либо отключенной от центральной электросети) солнечной энергетики .

Создание кремниевых солнечных батарей все еще остается дорогостоящим процессом: самым дешевеньким из кремниевого авангарда является бесформенный кремний. Уменьшить расходы на создание могла бы посодействовать тонкопленочная разработка. Было бы хорошо нанести материал на поверхность подложки, исключив ряд технологических операций с моно- и поликремнием. Но внедрение тонких пленок автоматом просит от материала высочайшего значения коэффициента поглощения. Для этого тонкие пленки кремния, как непрямозонного материала, не очень неплохи (КПД всего 6-9%). Повышение поглощения для непрямозонного материала просит роста его толщины. В качестве более подходящих соединений употребляют CdTe и CuInSe2. демонстрирующие КПД прямо до 20%. Посреди недочетов тонкопленочной технологии можно именовать относительную непредсказуемость выращенной на подложке структуры, трудности в формировании омических контактов, также те эффекты, которые заносят разные желаемые и нежелаемые неоднородности узкой пленки (атомы примесей, атомы серы в CuInSe2 и пр.). Значительно понизить цена солнечных блоков и прирастить удельную мощность могли бы концентраторы. Внедрение дешевый оптики для концентрирования солнечной энергии на маленьких площадях может повысить КПД до 37%.

Физика процессов, происходящих в солнечных батареях, описывается диодными уравнениями. По графику зависимости генерируемого суммарного тока в зависимости от приложенного напряжения на переходе комфортно определять коэффициент наполнения либо fill-factor — меру свойства солнечной батареи, учитывающий отсутствие токов утечки (условие напряжения холостого хода), максимальности фототока в отсутствие приложенного напряжения.

Фотовольтаический взор

В последующих публикациях мы разглядим способы производственного и эксплуатационного контроля солнечных модулей.

В качестве активного вещества возможно использовать молекулы красителя. Они адсорбируются на поверхности TiO2 стержня, который не поглощает солнечное излучение из-за очень большой ширины нелегальной зоны: более Три эВ. Появляется возбужденное состояние молекул красителя, электроны перебегают в TiO2, а в красителе остаются дырки. Таким образом осуществляется нужное для работы батареи разделение зарядов. Вначале, в возбужденном красителе электрон и дырка находятся в экситонном состоянии и воплотить разделение заряда нереально. Только при диссоциации (при погруженном в раствор электролита электроде) происходит пространственное разделение зарядов и течет электронный ток. Электроны, возвратившись во 2-ой электрод (обычно металл), диффундируют в раствор неводного электролита и восстанавливают молекулы красителя.

Фотовольтаический взор

Кроме того, что фотоэлектрохимические устройства могут быть источниками электронной энергии, они могут ее и хранить. На рисунке Шестнадцать показана облегченная схема. Устройство хранения имеет три электрода. В мгле происходят оборотные реакции с оборотным током электронов (через резистор R2). Реакция на катоде подобна, с той только различием, что поток электронов исходит не от фотоанода, а от третьего электрода.

Органические солнечные батареи отличаются от уже рассмотеренных фотохимических источников энергии тем, что в качестве электрода и электролита употребляются органические соединения. Ими могут быть молекулярные полупроводники (перилен n-типа и фталоцианин р-типа), полупроводниковые полимеры (политиофен р-типа и фуллерен n-типа). В итоге поглощения света в органических соединениях не появляется пары свободный электрон-дырка. Появляется экситон — связанное состояние электрона и дырки (об экситонах Нанометр также говорил). Экситон электронейтрален, потому разделение заряда не производится. Когда же экситоны диффундируют к границе раздела, происходит диссоциация — электроны затягиваются в n-область, а дырки — в p-область.

Фотовольтаика — одна из более многообещающих областей другой энергетики. Начиная с третьего искусственного спутника Земли все следующие галлактические аппараты оснащались солнечными батареями. Сейчас такие модули уже участвуют в энергообеспечении отдельных домов, употребляются в качестве переносных источников энергии.

Фотоэлектрохимические системы. разработанные в 70-х — 80-х годах прошедшего века, основаны на помещении полупроводникового электрода в раствор электролита. Приобретенный таким макаром источник энергии имеет несколько преимуществ:для сотворения перехода нужно всего только опустить полупроводниковый электрод в электролит, приобретенный переход недеформирован и фактически безупречен, для конвертации солнечной энергии в энергию хим реакций не необходимы соединяющие проводники. Недочетами являются ограниченный срок службы электрода, высочайшая цена установки. Итак, полупроводниковый электрод погружается в электролит. Скорость химических реакций пропорциональна концентрации подвижных носителей заряда на поверхности электрода-полупроводника. Потому что концентрация подвижных заряда в полупроводнике невелика (по сопоставлению с металлами), полупроводниковая обкладка двойного электронного слоя диффузна. Если имеется донорный полупроводник в качестве электрода, то при его освещении образуются фотоэлектроны, которые начинают свое движение в сторону омического контакта, а дырки, образующиеся в валентной зоне, участвуют в анодных реакциях на электроде. Электроны, прошедшие через всю цепь, ворачиваются во 2-ой электрод и дальше в раствор, участвуя таким макаром в катодных реакциях. Так сохраняется электронейтральность раствора, в который погружен полупроводниковый электрод. Стоит отметить значимость диффузионной длины неосновных носителей заряда. Вещество, в каком огромное количество изъянов и неоднородностей обладает малым значением диффузионной длины. Электроны и дырки не успевают достигнуть поверхности, чтоб рекомбинировать либо принять роль в хим реакции. Наноразмерные структуры позволяют понизить требования к диффузионной длине, которая должна быть сравнима с размерами самого устройства.