Сучасні фотоелементи мають термін служби (30-50 років). Застосування кадмію, пов'язаного у з'єднаннях, при виробництві деяких типів фотоелементів, з метою підвищення ефективності перетворення, ставить складне питання їх утилізації, який теж не має поки прийнятного з екологічної точки зору рішення, хоча такі елементи мають незначне поширення і з'єднанням кадмію при сучасному виробництві вже знайдена гідна заміна.
Останнім час активно розвивається виробництво тонкоплівкових фотоелементів, у складі яких міститься всього близько 1% кремнію, по відношенню до маси підкладки на яку наносяться тонкі плівки. Через малий витрати матеріалів на поглинаючий шар, тут кремнію, тонкоплівкові кремнієві фотоелементи дешевші в виробництві, але поки мають меншу ефективність і неусувну деградацію характеристик у часі. Крім того, розвивається виробництво тонкоплівкових фотоелементів на інших напівпровідникових матеріалах, зокрема CIS і CIGS, гідних конкурентів кремнію. Так, наприклад, в 2005 р. компанія "Shell" прийняла рішення сконцентруватися на виробництві тонкоплівкових елементів, і продала свій бізнес з виробництва монокристалічних (нетонкопленочних) кремнієвих фотоелектричних елементів.
Фотоелемент
Фотоелемент - Електронний прилад, який перетворює енергію фотонів в електричну енергію. Перший фотоелемент, заснований на зовнішньому фотоефекті, створив Олександр Столєтов. p> Напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі енергії.
Найбільш ефективними, з енергетичної точки зору, пристроями для перетворення сонячної енергії в електричну є напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі (ФЕП), оскільки це прямий, одноступінчатий перехід енергії. При характерною для ФЕП рівноважної температурі близько 300-350 кельвінів і Тсолнца ~ 6000 К їх граничний теоретичний ККД <29%. У лабораторних умовах вже досягнуто ККД 26%.
Фізичний принцип роботи сонячних батарей
Перетворення енергії в ФЕП засновано на фотоелектричні ефекті, який виникає в неоднорідних напівпровідникових структурах при впливі на них сонячного випромінювання.
Неоднорідність структури ФЕП може бути отримана легуванням одного і того ж напівпровідника різними домішками (створення pn переходів) або шляхом з'єднання різних напівпровідників з неоднаковою шириною забороненої зони - енергії відриву електрона з атома (створення гетеропереходів), або ж за рахунок зміни хімічного складу напівпровідника, що приводить до появи градієнта ширини забороненої зони (створення варізонних структур). Можливі також різні комбінації перерахованих способів.
Ефективність перетворення залежить від електрофізичних характеристик неоднорідною напівпровідникової структури, а також оптичних властивостей ФЕП, серед яких найбільш важливу роль грає фотопровідність. Вона обумовлена ​​явищами внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках при опроміненні їх сонячним світлом.
Основні незворотні втрати енергії в ФЕП пов...
