Виробництво сонячних батарей з аморфного кремнію (a-Si) знаходиться на високому технологічному рівні. Можливість використання таких підкладок як металева фольга та полімерні плівки сумісна з виробництвом гнучких фотоелементів у промислових масштабах. Тому сонячні батареї цього типу відносяться до найбільш перспективної фотоелектричної технології найближчого майбутнього.
Зміст статті:
Аморфні сонячні батареї: особливості та технології
Аморфні сонячні батареї відносяться до одного з трьох видів кремнієвих фотоелектричних перетворювачів, що перетворюють енергію сонця на електричний струм. До двох інших видів відносяться монокристалічні та полікристалічні пристрої, для виробництва яких використовується кристалічний кремній.
Аморфний кремній для сонячної батареї є некристалічною алотропною формою напівпровідникового кремнію. Тонкоплівкові модулі на основі аморфного кремнію (a-Si) в якості поглинаючого елементу використовують аморфні речовини, які складаються з тонких кремнієвих шарів (приблизно в 100 разів менше, ніж у кристалічному кремнії), що дозволяє їм бути гнучкими і при цьому зберігати свої функції.
Кремнієва сонячна батарея: види та переваги
Найбільшого поширення набули кремнієві сонячні батареї трьох видів:
- монокристалічні з ККД до 22%;
- полікристалічні з ККД до 18%;
- аморфні (тонкоплівкові) з ККД у межах від 7 до 12 %, рекордне значення 17,3% було досягнуто у 2018 році за рахунок тандемної структури осередків.
Монокристалічні пристрої виготовляють із пластин високочистого кремнію товщиною 300 мкм. Кремній чистотою 99,99% отримують у два етапи із застосуванням складних технологій. Тому такі пристрої мають найтриваліший термін експлуатації, низьку деградацію і високу ефективність. Ціна монокристалічних панелей найвища, що обумовлено їх відмінними характеристиками, застосуванням дорогого матеріалу та витратною технологією.
Переваги сонячних батарей із аморфного кремнію:
- Низький температурний коефіцієнт - у 2 рази нижче, ніж у кристалічних побратимів. Вони менш схильні до зниження потужності при нагріванні і ефективно працюють у країнах зі спекотним кліматом.
- Висока поглинаюча здатність - менша кількість матеріалу здатна поглинути більшу кількість світла. Тому може використовуватись у сонячних елементах з дуже малою товщиною шару, що дозволяє заощадити на матеріалах.
- Кращий коефіцієнт перетворення - виробляють більше електрики при слабкому освітленні та в похмуру погоду. Вони продовжують генерацію при освітленості лише 100 Вт/м2, тоді як кристалічні аналоги припиняють генерацію при 150-200 Вт/м2.
- Легка вага - тонкоплівкові пристрої можуть бути в 40 разів легшими за кремнієві панелі, їх вага може становити всього 500 г/м2.
- Гнучка структура дозволяє успішно застосовувати їх на нерівних рельєфних поверхнях, на дахах автомобілів, одязі.
- Забезпечують відносно високу ефективність за низької собівартості через меншу витрату матеріалу.
- Потенційно вартість виробництва тонкоплівкових панелей може бути нижчою, ніж у кристалічних модулів. Але це станеться лише у разі досить високих обсягів виробництва.
Основна проблема цієї технології – низький ККД перетворення. У промислових масштабах було досягнуто ККД лише близько 7%. Більшість віддає перевагу фотоелектричним модулям кристалічного кремнію з ефективністю більше 20%, оскільки для виробництва однієї і тієї ж кількості е/е вони займають набагато меншу площу.
Іншим недоліком тонкоплівкових панелей є їхня значна деградація в процесі експлуатації.
Аморфна тонкоплівкова сонячна батарея: застосування та перспективи
Через дешевше і спрощене виробництво, аморфна тонкоплівкова сонячна батарея в основному використовується для пристроїв з низьким енергоспоживанням. Проте в останні роки вдосконалення технологій виробництва та високі досягнення в ефективності призвели до ширшого діапазону застосувань модулів a-Si:
- вони ідеально підходять для житлових будинків, човнів, машин та інших споживачів, які потребують великої потужності;
- їх можна використовувати як жалюзі на вікнах та теплицях із вибраним ступенем прозорості;
- легка вага дозволяє прикріплювати їх до фасадів та дахів будинків, конструкції яких не витримують важкі кремнієві батареї;
- їх інтегрують на одяг та сумки для заряджання різних електронних гаджетів.
Професор інституту PV Lab Neuchâtel (Швейцарія) Арвінд Шах в інтерв'ю від 16.04.2021 р. розповів, що вчені фотоелектричної лабораторії зосереджені на розробці «сонячного модуля майбутнього» – на період з 2030 до 2040 року. Модуль, заснований на нижньому елементі кристалічного кремнію з гетеропереходом і перовскітним верхнім осередком. Ціль полягає в тому, щоб досягти ККД комерційних модулів 30% при ціні на модулі значно нижче 0,30 євро за ват.
