Solceller er en type fotoelektrisk element som kan konvertere energi. Deres grunnleggende struktur er dannet ved å kombinere P-type og N-type halvledere. Det mest grunnleggende materialet i halvledere er "silisium", som er ikke-ledende. Imidlertid, hvis forskjellige urenheter tilsettes halvledere, kan P-type og N-type halvledere lages. Deretter brukes potensialforskjellen mellom P-type-halvlederen med et hull (P-type-halvlederen mangler et negativt ladet elektron, som kan betraktes som en ekstra positiv ladning) og N-type-halvlederen med et ekstra fritt elektron. generere strøm. Derfor, når sollys skinner, eksiterer lysenergien elektronene i silisiumatomene, og produserer konveksjon av elektroner og hull. Disse elektronene og hullene påvirkes av det innebygde potensialet og tiltrekkes av henholdsvis N-type og P-type halvledere, og samles i begge ender. På dette tidspunktet, hvis utsiden er forbundet med elektroder for å danne en krets, er dette prinsippet for solcellekraftproduksjon.
Solceller kan deles inn i to kategorier i henhold til deres krystalltilstand: krystallinsk tynnfilmtype og ikke-krystallinsk tynnfilmtype (heretter referert til som a-), og førstnevnte er videre delt inn i enkeltkrystalltype og polykrystallinsk type.
I henhold til materialet kan de deles inn i silisium tynnfilmtype, sammensatt halvleder tynnfilmtype og organisk filmtype, og sammensatt halvleder tynnfilmtype er videre delt inn i ikke-krystallinsk type (a-Si:H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H, etc.), IIIV-gruppe (GaAs, InP, etc.), IIVI-gruppe (Cds-serien) og sinkfosfid (Zn3p2), etc.
I henhold til de forskjellige materialene som brukes, kan solceller også deles inn i: silisiumsolceller, multi-sammensatte tynnfilm solceller, polymer flerlags modifiserte elektrode solceller, nanokrystallinske solceller, organiske solceller, plast solceller, blant annet silisium solceller cellene er de mest modne og dominerer i applikasjoner.
1. Silisium solceller
Silisiumsolceller er delt inn i tre typer: enkrystall silisiumsolceller, polykrystallinske silisium tynnfilm solceller og amorfe silisium tynnfilm solceller.
(1) Enkeltkrystall silisiumsolceller har den høyeste konverteringseffektiviteten og den mest modne teknologien. Den høyeste konverteringseffektiviteten i laboratoriet er 24,7 %, og effektiviteten i storskala produksjon er 15 % (per 2011 er den 18 %). Det har fortsatt en dominerende posisjon i storskala applikasjoner og industriell produksjon, men på grunn av de høye kostnadene for enkeltkrystallinsk silisium er det vanskelig å redusere kostnadene betydelig. For å spare silisiummaterialer er det utviklet polykrystallinsk silisiumtynnfilm og amorf silisiumtynnfilm som alternativer til enkrystallinske silisiumsolceller.
(2) Sammenlignet med enkeltkrystallinsk silisium er polykrystallinsk silisium tynnfilmsolceller billigere og mer effektive enn amorfe silisium tynnfilmceller. Dens høyeste laboratoriekonverteringseffektivitet er 18 %, og konverteringseffektiviteten for produksjon i industriell skala er 10 % (fra 2011 er den 17 %). Derfor vil polykrystallinske silisium tynnfilmceller snart innta en dominerende posisjon på solcellemarkedet.
(3) Amorfe silisium-tynne filmsolceller er lave i pris og lette i vekt, med høy konverteringseffektivitet, enkle å masseprodusere og har stort potensial. På grunn av den fotoelektriske virkningsgradseffekten forårsaket av materialet, er stabiliteten imidlertid ikke høy, noe som direkte påvirker den praktiske anvendelsen. Hvis stabilitetsproblemet kan løses ytterligere og konverteringsgradproblemet kan forbedres, vil amorfe silisiumsolceller utvilsomt være et av hovedutviklingsproduktene til solceller.
2. Krystallinske tynnfilmsolceller
Polykrystallinske tynnfilmceller Kadmiumsulfid og kadmiumtellurid polykrystallinske tynnfilmceller er mer effektive enn amorfe silisium tynnfilmsolceller, billigere enn monokrystallinske silisiumceller og enkle å masseprodusere. Kadmium er imidlertid svært giftig og vil forårsake alvorlig miljøforurensning. Derfor er det ikke det mest ideelle alternativet til krystallinske silisiumsolceller.
Konverteringseffektiviteten til galliumarsenid (GaAs) III-V sammensatte celler kan nå 28%. GaAs-sammensatte materialer har et veldig ideelt optisk båndgap og høy absorpsjonseffektivitet, sterk strålingsmotstand og er ufølsomme for varme. De er egnet for produksjon av høyeffektive enkeltkryssceller. Imidlertid er prisen på GaAs-materialer høy, noe som i stor grad begrenser populariteten til GaAs-celler.
Kobberindiumselenid tynnfilmceller (CIS for korte) er egnet for fotoelektrisk konvertering, har ikke problemet med lysindusert nedbrytning og har samme konverteringseffektivitet som polykrystallinsk silisium. Med fordelene med lav pris, god ytelse og enkel prosess, vil det bli en viktig retning for utviklingen av solceller i fremtiden. Det eneste problemet er kilden til materialet. Siden indium og selen er relativt sjeldne grunnstoffer, er utviklingen av denne typen batterier uunngåelig begrenset.
3. Organiske polymersolceller
Å erstatte uorganiske materialer med organiske polymerer er en nyutviklet forskningsretning for solcelleproduksjon. På grunn av fordelene med god fleksibilitet, enkel produksjon, brede materialkilder og lave kostnader for organiske materialer, er det av stor betydning for storskala bruk av solenergi og levering av billig elektrisitet. Forskningen på klargjøring av solceller med organiske materialer har imidlertid nettopp startet. Hvorvidt det kan utvikles til et produkt med praktisk betydning gjenstår å studere og utforske videre.
4. Nanokrystallinske solceller
Nanokrystallinske solceller er nyutviklet. Fordelene deres er lave kostnader, enkle prosesser og stabil ytelse. Deres fotoelektriske effektivitet er stabil på mer enn 10 %, og produksjonskostnaden er bare 1/5 til 1/10 av silisiumsolceller. Levetiden kan nå mer enn 20 år. Forskningen og utviklingen av slike batterier har nettopp startet, og de vil gradvis komme inn på markedet i nær fremtid.