Кремнієві сонячні елементи.
Основним матеріалом для виготовлення сонячних батарей в даний час є кремній.ККД таких батарей перевищує 15%. Кожна батарея складається з величезної кількості силіконових осередків, які за рахунок фотоелектричного ефекту здатні виробляти електричну енергію при потраплянні на них сонячного випромінювання.
Фотоперетворювачі для сонячних батарей виготовляються з полікристалічного, монокристалічного або аморфного кремнію. Безперечними перевагами використання кремнію є його широка поширеність в природі і нетоксичність. Сировиною для виробництва елементів служить звичайний пісок. Однак для отримання з нього високоочищеного і світлочутливого кремнію потрібні досить дорогі технологічні процеси. Ретельне очищення піску та отримання з нього монокристалічного або полікристалічного кремнію є досить дорогими операціями.Тому фотоперетворювачі на основі аморфного кремнію найбільш дешеві. Однак, вони мають невелику потужність і менший термін служби.Солнечние елементи з монокристалічного кремнію вирізають з кварцових пластин.
Елементи з полікристалічного кремнію виготовляються методом лиття і складаються з безлічі пов'язаних кристалів, є більш дешевими. Кожен елемент запресовують в міцний пластмасовий або скляний дисковий корпус, з яких набирають різні за потужністю і розмірами модулі, що зовні нагадують стільники, а з модулів уже формують сонячну батарею. Сонячні елементи з'єднуються послідовно або послідовно-паралельно для отримання необхідних електричних параметрів по струму і напрузі.
Використання досягнень нанотехнологій дозволяє значно поліпшити характеристики кремнієвих сонячних елементів. Наприклад, все більший інтерес викликають пристрої на основі тонких плівок (так зване друге покоління сонячних батарей) і пристрої з високою ефективністю і малою вартістю (третє покоління). Добре підібрані наноструктури дозволяють значно скоротити дистанцію, яку потрібно подолати носіям заряду, що помітно збільшує ефективність енергос'ема.
Ученими з General Electric була запропонована технологія вирощування кремнієвих нанодротиків
Процес полягає в наступному: на хімічно очищену фольгу з нержавіючої сталі осідає шар Ta2N товщиною 100 нм. Ця плівка відіграє роль як контакту на тильній стороні сонячної батареї, так і дифузійного бар'єру під час росту нанопровідника. Потім на нанесених краплях золота із суміші силану, водню, HCl і тріметілбора при температурі 650 ° С протягом 30 хвилин за механізмом ПЖК вирощується кремнієва нанопровідника з провідністю р-типу (діаметр ~ 100 нм, довжина ~ 16 мікрон). Після цього проводиться отжиг при 800 ° С з подальшим видаленням оксидного шару.Нанопровідника методом PECVD покривається аморфним кремнієм (провідником n-типу) товщиною 40 нм. Це необхідно для створення фотоактивного р-n-переходу.Потім методом напилення наноситься ITO для електричного зв'язування нанопроволочек. Виготовляються верхні електроди. Введення в структуру сонячної батареї аморфного кремнію, на думку вчених, має сприяти зниженню безвипромінювальних рекомбінацій на поверхні. Оптикоелектричного властивості такої сонячної батареї з підкладкою з нержавіючої сталі наведені на рис. 2.
За багатьма показниками даний тип батарей має перевагу, наприклад, вони мають менший коефіцієнт дзеркального відображення. Але існує ряд проблем, які обмежують їх використання: геометрія наноструктур, каталіз зростання наноструктур, при якому необхідно використовувати золото.
Незважаючи на створення різних типів тонкоплівкових сонячних батарей кристалічний кремній продовжує складати основну частку в світовому виробництві сонячних батарей наземного застосування.