Saules baterijas ir fotoelektrisko elementu veids, kas var pārveidot enerģiju. To pamatstruktūra veidojas, apvienojot P tipa un N tipa pusvadītājus. Pusvadītāju visvienkāršākais materiāls ir "silīcijs", kas ir nevadošs. Taču, ja pusvadītājiem pievieno dažādus piemaisījumus, var izgatavot P tipa un N tipa pusvadītājus. Pēc tam tiek izmantota potenciālu starpība starp P tipa pusvadītāju ar caurumu (P tipa pusvadītājam trūkst negatīvi lādēta elektrona, ko var uzskatīt par papildu pozitīvu lādiņu) un N tipa pusvadītāju ar papildu brīvo elektronu. radīt strāvu. Tāpēc, kad spīd saules gaisma, gaismas enerģija ierosina elektronus silīcija atomos un rada elektronu un caurumu konvekciju. Šos elektronus un caurumus ietekmē iebūvētais potenciāls, un tos piesaista attiecīgi N tipa un P tipa pusvadītāji, un tie pulcējas abos galos. Šobrīd, ja ārpuse ir savienota ar elektrodiem, lai izveidotu ķēdi, tas ir saules bateriju enerģijas ražošanas princips.
Saules baterijas var iedalīt divās kategorijās pēc to kristāliskā stāvokļa: kristāliskā plānā kārtiņa un nekristāliskā plānā kārtiņa (turpmāk tekstā – a-), un pirmo tālāk iedala monokristāla tipa un polikristāliskā tipa.
Atbilstoši materiālam tos var iedalīt silīcija plānās plēves tipa, salikto pusvadītāju plānās plēves tipa un organiskās plēves tipa, savukārt salikto pusvadītāju plānās plēves tipā tos var iedalīt nekristāliskā veidā (a-Si:H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H utt.), IIIV grupa (GaAs, InP utt.), IIVI grupa (Cds sērija) un cinka fosfīds (Zn3p2) utt.
Atkarībā no izmantotajiem materiāliem saules baterijas var iedalīt arī: silīcija saules baterijas, daudzsavienojumu plānslāņa saules baterijas, polimēru daudzslāņu modificētu elektrodu saules baterijas, nanokristāliskas saules baterijas, organiskās saules baterijas, plastmasas saules baterijas, tostarp silīcija saules baterijas. šūnas ir visnobriedušākās un dominē lietojumos.
1. Silīcija saules baterijas
Silīcija saules baterijas tiek iedalītas trīs veidos: vienkristāla silīcija saules baterijas, polikristāliskā silīcija plānās plēves saules baterijas un amorfās silīcija plānās plēves saules baterijas.
(1) Viena kristāla silīcija saules baterijām ir visaugstākā konversijas efektivitāte un visnobriedušākā tehnoloģija. Augstākā konversijas efektivitāte laboratorijā ir 24,7%, un efektivitāte lielapjoma ražošanā ir 15% (uz 2011. gadu tā ir 18%). Tas joprojām ieņem dominējošu stāvokli liela mēroga lietojumos un rūpnieciskajā ražošanā, taču vienkristāliskā silīcija augsto izmaksu dēļ ir grūti būtiski samazināt tā izmaksas. Lai taupītu silīcija materiālus, polikristāliskā silīcija plānā plēve un amorfā silīcija plānā plēve ir izstrādāta kā alternatīva vienkristāliskā silīcija saules baterijām.
(2) Salīdzinot ar vienkristālisko silīciju, polikristāliskā silīcija plānās plēves saules baterijas ir lētākas un efektīvākas nekā amorfās silīcija plānās plēves šūnas. Tā augstākā laboratorijas konversijas efektivitāte ir 18%, un rūpnieciska mēroga ražošanas konversijas efektivitāte ir 10% (uz 2011. gadu tā ir 17%). Tāpēc polikristāliskā silīcija plānslāņa elementi drīzumā ieņems dominējošu stāvokli saules bateriju tirgū.
(3) Amorfās silīcija plānās plēves saules baterijas ir zemas izmaksas un vieglas, ar augstu konversijas efektivitāti, viegli ražojamas masveidā, un tām ir liels potenciāls. Tomēr fotoelektriskās efektivitātes samazināšanās efekta dēļ, ko izraisa tā materiāls, tā stabilitāte nav augsta, kas tieši ietekmē tā praktisko pielietojumu. Ja stabilitātes problēmu varēs atrisināt vēl vairāk un reklāmguvumu līmeņa problēmu var uzlabot, tad amorfās silīcija saules baterijas neapšaubāmi būs viens no galvenajiem saules bateriju izstrādes produktiem.
2. Kristāliskas plānslāņa saules baterijas
Polikristāliskās plānās kārtiņas šūnas Kadmija sulfīda un kadmija telūrīda polikristāliskās plānās kārtiņas šūnas ir efektīvākas nekā amorfās silīcija plānās kārtiņas saules baterijas, lētākas nekā monokristāliskā silīcija šūnas, un tās ir viegli masveidā ražot. Tomēr kadmijs ir ļoti toksisks un radīs nopietnu vides piesārņojumu. Tāpēc tā nav ideālākā alternatīva kristāliskā silīcija saules baterijām.
Gallija arsenīda (GaAs) III-V savienojumu šūnu konversijas efektivitāte var sasniegt 28%. GaAs saliktajiem materiāliem ir ļoti ideāla optiskā joslas sprauga un augsta absorbcijas efektivitāte, spēcīga starojuma izturība, un tie ir nejutīgi pret karstumu. Tie ir piemēroti augstas efektivitātes viena savienojuma elementu ražošanai. Tomēr GaAs materiālu cena ir augsta, kas ievērojami ierobežo GaAs šūnu popularitāti.
Vara indija selenīda plānslāņa šūnas (saīsināti CIS) ir piemērotas fotoelektriskai pārveidei, tām nav gaismas izraisītas degradācijas problēmas, un tām ir tāda pati konversijas efektivitāte kā polikristāliskajam silīcijam. Pateicoties zemās cenas, labas veiktspējas un vienkārša procesa priekšrocībām, tas kļūs par nozīmīgu virzienu saules bateriju attīstībai nākotnē. Vienīgā problēma ir materiāla avots. Tā kā indijs un selēns ir salīdzinoši reti sastopami elementi, šāda veida akumulatoru izstrāde ir neizbēgami ierobežota.
3. Organisko polimēru saules baterijas
Neorganisko materiālu aizstāšana ar organiskajiem polimēriem ir jaunizveidots saules bateriju ražošanas pētniecības virziens. Pateicoties labas elastības, vieglas ražošanas, plašu materiālu avotu un zemo organisko materiālu izmaksu priekšrocībām, tam ir liela nozīme plašā saules enerģijas izmantošanā un lētas elektroenerģijas nodrošināšanā. Taču pētījumi par saules bateriju sagatavošanu ar organiskiem materiāliem ir tikko sākušies. Vēl ir jāturpina pētīt un izpētīt, vai to var izveidot par produktu ar praktisku nozīmi.
4. Nanokristāliskas saules baterijas
Nanokristāliskās saules baterijas ir nesen izstrādātas. To priekšrocības ir zemās izmaksas, vienkāršais process un stabila veiktspēja. To fotoelektriskā efektivitāte ir stabila vairāk nekā 10%, un ražošanas izmaksas ir tikai 1/5 līdz 1/10 no silīcija saules baterijām. Dzīves ilgums var sasniegt vairāk nekā 20 gadus. Šādu akumulatoru izpēte un izstrāde ir tikko sākusies, un tuvākajā laikā tās pamazām nonāks tirgū.