Эта гениальная технология использует фотоэлектрический эффект, физическое явление, при котором солнечные фотоны попадают на поверхность полупроводника, что приводит к высвобождению электронов и генерации электрического тока.

Фотоэлектрический эффект — это фундаментальное явление физики, лежащее в основе функционирования фотоэлектрических элементов. Это происходит, когда свет в виде фотонов попадает на поверхность полупроводникового материала, такого как кремний, используемый в солнечных элементах. Когда фотоны взаимодействуют с материалом, они передают свою энергию электронам в полупроводниковой структуре.

Энергия фотонов возбуждает электроны, что освобождает их от атомных орбит. Эти высвобожденные электроны затем приобретают кинетическую энергию и перемещаются по материалу. Именно это движение электронов генерирует электрический ток. Однако в возбужденном состоянии электроны имеют тенденцию рекомбинировать с дырками (промежутками, оставленными отсутствующими электронами) в материале, что может нейтрализовать фотоэлектрический эффект.

Чтобы избежать этой нежелательной рекомбинации, фотоэлектрические элементы предназначены для создания PN-перехода. В типичном солнечном элементе верхний слой полупроводникового материала легирован атомами, имеющими избыток электронов (n-тип), а нижний слой легирован атомами с избыточными дырками (p-тип). Эта конфигурация создает электрическое поле, которое направляет высвобожденные электроны в слой n-типа, а дырки — в слой p-типа.

В результате электроны, высвобождаемые фотоэлектрическим эффектом, собираются на поверхности фотоэлектрического элемента n-типа, а отверстия собираются на поверхности p-типа. Это разделение зарядов создает электрический потенциал между двумя слоями, тем самым генерируя постоянный электрический ток, когда солнечный свет попадает на ячейку. Затем этот ток можно использовать в качестве источника электроэнергии для питания электроприборов или хранить в батареях для последующего использования. В возбужденном состоянии в зоне проводимости эти электроны могут свободно перемещаться по материалу, и именно это движение электрона создает электрический ток в ячейке.

Эти ячейки изготовлены из монокристалла кремния, что придает им однородную структуру и высокую эффективность.
Уникальная ориентация кристаллов позволяет лучше захватывать солнечные фотоны, что приводит к высокой эффективности.
Однако производственный процесс более сложен, что приводит к более высоким производственным затратам.

Изготовленные из кремниевых блоков, состоящих из нескольких кристаллов, эти ячейки проще и дешевле производить, чем монокристаллические.
Границы между кристаллами могут немного снизить эффективность, но технические достижения со временем улучшили их характеристики.
Они предлагают хороший баланс между стоимостью, эффективностью и устойчивостью.

Эти ячейки изготавливаются путем нанесения тонкого слоя полупроводникового материала непосредственно на подложку, такую как стекло или металл.
Они легче и гибче, чем кремниевые элементы, что позволяет интегрировать их в различные приложения, такие как мягкие солнечные крыши.
КПД, как правило, ниже, чем у кремниевых элементов, но технологические достижения направлены на повышение их эффективности.

Эти ячейки объединяют различные слои полупроводниковых материалов, создавая границу раздела гетеропереходов.
Интерфейс способствует эффективному разделению зарядов и снижает потери из-за рекомбинации электронов и дырок.
Ячейки HIT имеют хорошую производительность и лучшую производительность при высоких температурах.

Ячейки на основе перовскитов являются относительно новыми и вызвали большой интерес из-за простоты изготовления и высокого потенциала эффективности.
Перовскитные материалы могут быть осаждены из жидких растворов, открывая дверь для менее дорогостоящих производственных процессов.
Тем не менее, долгосрочная устойчивость и стабильность в различных условиях остаются проблемами. Большинство коммерческих фотоэлементов являются однопереходными, но многопереходные фотоэлементы также были разработаны для достижения более высокой эффективности при более высоких затратах.

Монокристаллические : Изготовленные из монокристаллического кремния, эти ячейки обладают высокой эффективностью благодаря своей однородной структуре. Однако процесс их изготовления сложен и дорог.
Поликристаллические : изготовленные из нескольких кристаллов кремния, эти элементы более доступны в производстве, чем монокристаллические. Однако их эффективность несколько ниже из-за границ между кристаллами.

Теллурид кадмия (CdTe) : В этих ячейках в качестве полупроводникового материала используется теллурид кадмия. Они доступны по цене и часто используются в крупномасштабных приложениях. Однако кадмий токсичен, что вызывает экологические проблемы.
Селенид меди-индия-галлия (CIGS) : Эти элементы состоят из слоев меди, индия, галлия и селена. Они обладают высокой эффективностью и могут быть изготовлены на гибких поверхностях, что делает их пригодными для определенных специальных применений.

В этих ячейках используются органические полимеры или материалы на основе углерода для преобразования света в электричество. Они, как правило, легкие и гибкие, но их эффективность часто ниже, чем у других типов клеток.

Перовскитные ячейки являются относительно новыми, но вызывают большой интерес из-за их высокого потенциала эффективности и потенциально сниженной себестоимости производства. Они используют кристаллический материал, называемый перовскитом, для улавливания света.