Введение в типы гибких солнечных элементов

Аморфный кремний
Толщина гибких батарей из аморфного кремния (a-Si) составляет 1/300 толщины батарей из кристаллического кремния, что может дополнительно снизить стоимость сырья. Прорывом в гибких батареях на основе аморфного кремния стала предложенная в 1997 году структура батареи с тройным переходом, которая улучшила эффективность преобразования и стабильность и достигла стабильной эффективности преобразования от 8,0 до 8,5 процентов.
Взяв в качестве примера гибкую батарею из аморфного кремния компании United Solar Ovonic Company в США, структура батареи из аморфного кремния с тройным переходом включает в себя три слоя поглощающих слоев p-n-перехода с различной шириной запрещенной зоны. В верхней батарее используется аморфный кремний a-Si с шириной запрещенной зоны 1,8 эВ для поглощения синего света. В промежуточной батарее используется кремний-германиевый сплав a-SiGe с шириной запрещенной зоны 1,6 эВ, который поглощает зеленый свет и имеет содержание Ge от 10 до 15 процентов. Кремний-германиевый сплав a-SiGe с шириной запрещенной зоны 1,4 эВ для нижней батареи поглощает от 40 до 50 процентов красного и инфракрасного света с высоким содержанием Ge. После того, как солнечный свет проходит через три слоя полупроводникового поглощающего слоя по очереди, остается часть света, которая не была поглощена. После отражения задним отражающим слоем Al/ZnO он возвращается к трем слоям полупроводникового поглощающего слоя и подвергается другому процессу поглощения. Задний отражающий слой играет роль улавливания света. Таким образом, гибкие батареи из аморфного кремния могут более эффективно поглощать входящий и исходящий свет, улучшать эффективность преобразования и выходную мощность, а также достигать лучших характеристик в условиях слабого падающего и рассеянного света.
По состоянию на 2016 год только Xunli Solar производила гибкие тонкопленочные батареи и компоненты из аморфного кремния в Китае с эффективностью преобразования 8-10 процентов и общей толщиной всего 1,5 мм. В продуктах, помимо рулонных гибких тонкопленочных компонентов, также есть складные зарядные блоки, которые расширяют область применения гибкого аморфного кремния.
медь индий галлий селен
В середине -1970 годов люди начали изучать медно-индий-галлиево-селеновые (CIGS) тонкопленочные батареи. Тонкие пленки CIGS относятся к кристаллам халькопирита с регулируемой шириной запрещенной зоны. Из-за требования солнечных элементов к ширине запрещенной зоны от 1 до 1,7 эВ, ширину запрещенной зоны CIGS можно регулировать по мере необходимости, изменяя содержание катионов группы III In, Ga, Al и анионов группы VI Se, S. По сравнению по сравнению с аморфным кремнием кристалл CIGS имеет меньше внутренних дефектов, более стабильную работу и срок службы модуля до 25 лет. Во время использования модуля движение ионов меди может восстанавливать дефекты, поэтому производительность модуля будет продолжать улучшаться, в отличие от эффекта фотоиндуцированного распада или SW-эффекта (Staebler Wronskieflect) аморфного кремния.
Органический
В органических фотоэлектрических (OPV) солнечных элементах органическая полупроводниковая поглощающая среда обычно состоит из смеси донорных и акцепторных материалов. Донорные материалы хорошо отдают электроны, поглощают дырки и имеют положительный заряд после смешивания. Сопряженные полимеры являются типичными донорными материалами. Акцепторный материал хорошо поглощает электроны и отдает дырки и после смешивания имеет отрицательный заряд. Фуллерен (C60) является типичным акцепторным материалом.
Экситоны — это связанные электронно-дырочные пары, которые являются вынужденными квазичастицами. После стимуляции электроны и дырки разделяются, но пары электронов и дырок все еще притягиваются друг к другу за счет электростатической кулоновской силы, которая не может быть полностью разделена из-за кулоновской связи, образуя экситоны. Есть два типа экситонов, Вт
Ваннье-Моттекситон и экситон Френкеля. Экситоны модели Варни существуют в кристаллических кремниевых полупроводниках, где электроны, возбужденные в зону проводимости, и дырки в валентной зоне образуют связанные состояния со слабой кулоновской силой около {{0}},01 эВ. Экситоны Френкеля существуют в донорных материалах в органических средах, и кулоновская сила между ними велика, около 0,3 эВ.