Аморфные солнечные батареи

Внешне панель из аморфного кремния выглядит блекло-сероватой.

Производство элементов из аморфного кремния является безотходным, что существенно уменьшает их стоимость. Несмотря на низкий КПД, элементы из аморфного кремния способны более эффективно использовать рассеянный солнечный свет, а при нагреве элементов выход электроэнергии больше, чем у кристаллических в аналогичных условиях.

Исходным материалом для производства кремниевых аморфных фотоэлементов является силан (SiH4), так называемый кремневодород, который наносится на материал подложки. Слой нанесенного кремния в 100 раз тоньше кристаллического кремниевого фотоэлемента.

В сравнении с кристаллическими кремниевыми элементами аморфные обладают рядом преимуществ, одним из которых является возможность и сравнительная простота создания элементов большой площади (более 1 м) при более низких температурах осаждения, а также наличие специфических полупроводниковых свойств, которыми можно управлять для получения требуемых характеристик, подбирая оптимальные комбинации компонентов пленки.

Аморфный кремний является гидрогенизированной формой кремния (a-Si:H), поскольку в его составе содержится водород в количестве от 5 до 20 ат. %, который изменяет электрофизические свойства аморфного кремния и придает пленке полупроводниковые свойства.

Элементы на основе пленки а-Si:H толщиной менее 1 мкм, полученной в результате разложения силана в тлеющем разряде, могут быть созданы на подложках не только из металла, но и из самых различных материалов: стекла, полимеров , керамики и т. д., поскольку температура осаждения кремния 250-400 градусов С. Однако, наиболее распространенной по-прежнему остается подложка из нержавеющей стали. Основными направлениями разработок в области аморфных гидрогенизированных элементов (a-Si:H) является повышение КПД и стабильности параметров элементов. Наиболее высокая эффективность (13%) в настоящее время получена на элементе с тройным переходом p-i-n.

Оптическое поглощение аморфного кремния в 20 раз превышает аналогичный показатель у кристаллического кремния, что позволяет использовать пленки аморфного кремния толщиной всего 0,5-1,0 мкм, вместо более дорогих пластин из кристаллического кремния толщиной 300 мкм.

Солнечные элементы из аморфного кремния

Технология, при которой тонкая пленка кремния осаждается на подложку и защищается покрытием, получила название «техники испарительной фазы». Эта технология отличается низкой энерго- и трудоемкостью, а, следовательно, и соответствующей ценой.

Для получения гибких фотоэлементов, используются гибкие подложки, такие как металлические или полимерные ленты.В этом случае осаждение происходит непрерывно при протягивании подложки через реактор. Поскольку данная технология высокоэффективна, то и пленки аморфного кремния, полученные этим способом, имеют более низкую стоимость.

Тонкопленочные элементы, к которым относятся элементы из аморфного кремния, способны вырабатывать электричество при рассеянном излучении, что делает их востребованными в регионах, где пасмурная погода не является редкостью, а также в местах расположения промышленных предприятий, загрязняющих воздух. Несмотря на более низкую себестоимость тонкопленочных панелей, им требуется площадь в 2-2,5 раза большая, чем для моно- или мультикристаллических панелей, из-за низкого КПД.

Чаще всего тонкопленочные панели применяют для систем, вырабатывающих энергию прямо в сеть, т. к. наибольшая эффективность у тонкопленочных панелей при их использовании в мощных системах (выше 10 кВт). Для выработки электроэнергии маломощными автономными или резервными системами энергоснабжения более применимы моно- или мультикристаллические панели.