Quyosh xujayralari energiyani aylantira oladigan fotoelektr elementning bir turi. Ularning asosiy tuzilishi P tipidagi va N tipidagi yarimo'tkazgichlarni birlashtirish orqali hosil bo'ladi. Yarimo'tkazgichlarning eng asosiy materiali "kremniy" bo'lib, u o'tkazuvchan emas. Biroq, agar yarim o'tkazgichlarga turli xil aralashmalar qo'shilsa, P tipidagi va N tipidagi yarim o'tkazgichlar tayyorlanishi mumkin. Keyin teshikli P tipidagi yarimo'tkazgich (P tipidagi yarimo'tkazgichda manfiy zaryadlangan elektron yo'q, uni qo'shimcha musbat zaryad deb hisoblash mumkin) va qo'shimcha erkin elektronga ega N tipidagi yarimo'tkazgich o'rtasidagi potentsial farq ishlatiladi. oqim hosil qiladi. Shuning uchun quyosh nuri porlaganda, yorug'lik energiyasi kremniy atomlaridagi elektronlarni qo'zg'atadi va elektronlar va teshiklarning konvektsiyasini hosil qiladi. Ushbu elektronlar va teshiklar o'rnatilgan potentsialdan ta'sirlanadi va N tipidagi va P tipidagi yarimo'tkazgichlar tomonidan tortiladi va ikkala uchida to'planadi. Ayni paytda, agar tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektrodlar bilan bog'langan bo'lsa, bu quyosh batareyasi energiyasini ishlab chiqarish printsipi.
Quyosh xujayralari kristall holatiga ko'ra ikkita toifaga bo'linishi mumkin: kristalli yupqa plyonka turi va kristalli bo'lmagan yupqa plyonka turi (keyingi o'rinlarda a-) va birinchisi yana bitta kristalli va polikristalli turga bo'linadi.
Materialga ko'ra, ular kremniy yupqa plyonka turiga, aralash yarimo'tkazgichli nozik kino turiga va organik plyonka turiga bo'linishi mumkin va aralash yarim o'tkazgich yupqa plyonka turi yana kristall bo'lmagan turga bo'linadi (a-Si: H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H va boshqalar), IIIV guruh (GaAs, InP va boshqalar), IIVI guruh (Cds seriyasi) va sink fosfidi (Zn3p2) va boshqalar.
Amaldagi turli materiallarga ko'ra, quyosh xujayralari ham quyidagilarga bo'linishi mumkin: silikon quyosh xujayralari, ko'p birikmali yupqa plyonkali quyosh xujayralari, polimer ko'p qatlamli modifikatsiyalangan elektrod quyosh xujayralari, nanokristalli quyosh xujayralari, organik quyosh xujayralari, plastik quyosh xujayralari, shu jumladan kremniy quyosh xujayralari. hujayralar eng etuk va ilovalarda ustunlik qiladi.
1. Kremniyli quyosh batareyalari
Silikon quyosh xujayralari uch turga bo'linadi: bitta kristalli silikon quyosh xujayralari, polikristalli kremniy yupqa plyonkali quyosh xujayralari va amorf kremniy yupqa plyonkali quyosh xujayralari.
(1) Yagona kristalli silikon quyosh xujayralari eng yuqori konversiya samaradorligi va eng etuk texnologiyaga ega. Laboratoriyada eng yuqori konversiya samaradorligi 24,7%, yirik ishlab chiqarishdagi samaradorlik esa 15% (2011-yilda 18%). U hali ham keng ko'lamli ilovalar va sanoat ishlab chiqarishida ustun mavqeni egallaydi, ammo bitta kristalli kremniyning yuqori narxi tufayli uning narxini sezilarli darajada kamaytirish qiyin. Kremniy materiallarini tejash uchun bir kristalli kremniy quyosh batareyalariga alternativa sifatida polikristalli kremniy yupqa plyonka va amorf kremniy yupqa plyonka ishlab chiqilgan.
(2) Bir kristalli kremniy bilan solishtirganda, polikristalli kremniy yupqa plyonkali quyosh xujayralari amorf kremniy yupqa plyonkali hujayralarga qaraganda arzonroq va samaraliroq. Uning eng yuqori laboratoriya konversiya samaradorligi 18%, sanoat miqyosidagi ishlab chiqarishning konvertatsiya samaradorligi esa 10% (2011 yil holatiga ko'ra 17%). Shu sababli, polikristalli kremniy yupqa plyonkali hujayralar yaqinda quyosh batareyalari bozorida ustun mavqega ega bo'ladi.
(3) Amorf kremniy yupqa plyonkali quyosh xujayralari arzon va engil vaznga ega, yuqori konversiya samaradorligi, ommaviy ishlab chiqarish oson va katta salohiyatga ega. Biroq, uning materialidan kelib chiqqan fotoelektrik samaradorlikning parchalanish ta'siri tufayli uning barqarorligi yuqori emas, bu uning amaliy qo'llanilishiga bevosita ta'sir qiladi. Agar barqarorlik muammosini yanada hal qilish va konversiya tezligi muammosini yaxshilash mumkin bo'lsa, unda amorf silikon quyosh xujayralari, shubhasiz, quyosh xujayralarining asosiy rivojlanish mahsulotlaridan biri bo'ladi.
2. Kristalli yupqa plyonkali quyosh xujayralari
Polikristalli yupqa plyonkali hujayralar Kadmiy sulfid va kadmiy tellurid polikristalli yupqa plyonkali xujayralar amorf kremniy yupqa plyonkali quyosh xujayralariga qaraganda samaraliroq, monokristalli kremniy hujayralaridan arzonroq va ommaviy ishlab chiqarish oson. Biroq, kadmiy juda zaharli va atrof-muhitning jiddiy ifloslanishiga olib keladi. Shuning uchun u kristalli silikon quyosh xujayralariga eng ideal alternativ emas.
Gallium arsenid (GaAs) III-V birikma hujayralarining konversiya samaradorligi 28% ga yetishi mumkin. GaAs birikma materiallari juda ideal optik tarmoqli bo'shlig'iga va yuqori yutilish samaradorligiga, kuchli radiatsiya qarshiligiga ega va issiqlikka sezgir emas. Ular yuqori samarali bitta ulanishli hujayralarni ishlab chiqarish uchun javob beradi. Biroq, GaAs materiallarining narxi yuqori, bu GaAs hujayralarining mashhurligini sezilarli darajada cheklaydi.
Mis indiy selenid yupqa plyonkali xujayralari (qisqacha MDH) fotoelektrik konvertatsiya qilish uchun javob beradi, yorug'likdan kelib chiqadigan buzilish muammosiga ega emas va polikristalli kremniy bilan bir xil konversiya samaradorligiga ega. Arzon narx, yaxshi ishlash va oddiy jarayonning afzalliklari bilan kelajakda quyosh batareyalarini rivojlantirishning muhim yo'nalishi bo'ladi. Yagona muammo - materialning manbai. Indiy va selen nisbatan kam uchraydigan elementlar bo'lganligi sababli, bu turdagi akkumulyatorlarning rivojlanishi muqarrar ravishda cheklangan.
3. Organik polimer quyosh batareyalari
Noorganik materiallarni organik polimerlar bilan almashtirish quyosh batareyasini ishlab chiqarish uchun yangi ishlab chiqilgan tadqiqot yo'nalishidir. Yaxshi moslashuvchanlik, oson ishlab chiqarish, keng material manbalari va organik materiallarning arzonligi afzalliklari tufayli quyosh energiyasidan keng miqyosda foydalanish va arzon elektr energiyasini ta'minlash uchun katta ahamiyatga ega. Biroq, quyosh batareyalarini organik materiallar bilan tayyorlash bo'yicha tadqiqotlar endigina boshlandi. Uni amaliy ahamiyatga ega bo'lgan mahsulotga aylantirish mumkinmi yoki yo'qmi, uni yanada o'rganish va o'rganish kerak.
4. Nanokristalli quyosh xujayralari
Nanokristalli quyosh xujayralari yangi ishlab chiqilgan. Ularning afzalliklari past narx, oddiy jarayon va barqaror ishlashdir. Ularning fotoelektr samaradorligi 10% dan ortiq barqarordir va ishlab chiqarish qiymati silikon quyosh xujayralarining atigi 1/5 dan 1/10 qismini tashkil qiladi. Hayotning davomiyligi 20 yildan ortiq bo'lishi mumkin. Bunday akkumulyatorlarni tadqiq qilish va ishlab chiqish endigina boshlandi va yaqin kelajakda ular asta-sekin bozorga kiradi.