Solceller är en typ av fotoelektriskt element som kan omvandla energi. Deras grundläggande struktur bildas genom att kombinera halvledare av P-typ och N-typ. Det mest grundläggande materialet i halvledare är "kisel", som är icke-ledande. Men om olika föroreningar tillsätts till halvledare, kan halvledare av P-typ och N-typ tillverkas. Sedan används potentialskillnaden mellan halvledaren av P-typ med ett hål (halvledaren av P-typ saknar en negativt laddad elektron, vilket kan betraktas som en extra positiv laddning) och halvledaren av N-typ med en extra fri elektron för att generera ström. Därför, när solljus skiner, exciterar ljusenergin elektronerna i kiselatomerna och producerar konvektion av elektroner och hål. Dessa elektroner och hål påverkas av den inbyggda potentialen och attraheras av halvledare av N-typ respektive P-typ, och samlas i båda ändar. Vid denna tidpunkt, om utsidan är ansluten med elektroder för att bilda en krets, är detta principen för solcellsenergigenerering.
Solceller kan delas in i två kategorier beroende på deras kristalltillstånd: kristallin tunnfilmstyp och icke-kristallin tunnfilmstyp (nedan kallad a-), och den förra är vidare uppdelad i enkelkristalltyp och polykristallin typ.
Beroende på materialet kan de delas in i tunnfilmstyp av kisel, tunnfilmstyp av sammansatt halvledarfilm och tunnfilmstyp av sammansatt halvledarfilm, och tunnfilmstyp av sammansatta halvledare är ytterligare uppdelad i icke-kristallin typ (a-Si:H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H, etc.), IIIV-grupp (GaAs, InP, etc.), IIVI-grupp (Cds-serien) och zinkfosfid (Zn3p2), etc.
Beroende på de olika materialen som används kan solceller också delas in i: kiselsolceller, flersammansatta tunnfilmssolceller, polymer flerskiktsmodifierade elektrodsolceller, nanokristallina solceller, organiska solceller, plastsolceller, bland annat kiselsolceller celler är de mest mogna och dominerar i applikationer.
1. Silikonsolceller
Silikonsolceller delas in i tre typer: enkristallsolceller av kisel, polykristallina tunnfilmssolceller av kisel och tunnfilmssolceller av amorft kisel.
(1) Enkristallsolceller i kisel har den högsta omvandlingseffektiviteten och den mest mogna tekniken. Den högsta konverteringseffektiviteten i laboratoriet är 24,7 % och effektiviteten i storskalig produktion är 15 % (från 2011 är den 18 %). Det har fortfarande en dominerande ställning i storskaliga applikationer och industriell produktion, men på grund av den höga kostnaden för enkristallint kisel är det svårt att avsevärt minska kostnaderna. För att spara kiselmaterial har polykristallin kiseltunnfilm och amorf kiseltunnfilm utvecklats som alternativ till enkristallina kiselsolceller.
(2) Jämfört med enkristallint kisel är polykristallina tunnfilmssolceller av kisel billigare och mer effektiva än tunnfilmsceller av amorft kisel. Dess högsta laboratoriekonverteringseffektivitet är 18 % och omvandlingseffektiviteten för produktion i industriell skala är 10 % (från 2011 är den 17 %). Därför kommer polykristallina tunnfilmsceller av kisel snart att inta en dominerande ställning på solcellsmarknaden.
(3) Amorfa kisel tunnfilmssolceller är låga i kostnad och lätta i vikt, med hög omvandlingseffektivitet, lätta att massproducera och har stor potential. Men på grund av den fotoelektriska verkningsgraden som orsakas av dess material är dess stabilitet inte hög, vilket direkt påverkar dess praktiska tillämpning. Om stabilitetsproblemet kan lösas ytterligare och omvandlingshastighetsproblemet kan förbättras, kommer amorfa kiselsolceller utan tvekan att vara en av solcellernas viktigaste utvecklingsprodukter.
2. Kristallina tunnfilmssolceller
Polykristallina tunnfilmsceller Kadmiumsulfid och kadmiumtellurid polykristallina tunnfilmsceller är effektivare än tunnfilmssolceller av amorft kisel, billigare än monokristallina kiselceller och lätta att massproducera. Kadmium är dock mycket giftigt och kommer att orsaka allvarliga miljöföroreningar. Därför är det inte det mest idealiska alternativet till kristallina kiselsolceller.
Omvandlingseffektiviteten för celler med galliumarsenid (GaAs) III-V-föreningar kan nå 28 %. GaAs sammansatta material har ett mycket idealiskt optiskt bandgap och hög absorptionseffektivitet, stark strålningsbeständighet och är okänsliga för värme. De är lämpliga för tillverkning av högeffektiva engångsceller. Priset på GaAs-material är dock högt, vilket i hög grad begränsar GaAs-cellernas popularitet.
Kopparindiumselenid tunnfilmsceller (CIS förkortat) är lämpliga för fotoelektrisk omvandling, har inte problemet med ljusinducerad nedbrytning och har samma omvandlingseffektivitet som polykristallint kisel. Med fördelarna med lågt pris, bra prestanda och enkel process kommer det att bli en viktig riktning för utvecklingen av solceller i framtiden. Det enda problemet är källan till materialet. Eftersom indium och selen är relativt sällsynta grundämnen är utvecklingen av denna typ av batteri oundvikligen begränsad.
3. Organiska polymersolceller
Att ersätta oorganiska material med organiska polymerer är en nyutvecklad forskningsinriktning för solcellstillverkning. På grund av fördelarna med god flexibilitet, enkel produktion, breda materialkällor och låg kostnad för organiskt material, är det av stor betydelse för storskalig användning av solenergi och tillhandahållande av billig el. Forskningen kring framställning av solceller med organiskt material har dock precis börjat. Om det kan utvecklas till en produkt med praktisk betydelse återstår att studera och utforska ytterligare.
4. Nanokristallina solceller
Nanokristallina solceller är nyutvecklade. Deras fördelar är deras låga kostnad, enkla process och stabila prestanda. Deras fotoelektriska effektivitet är stabil på mer än 10 %, och produktionskostnaden är bara 1/5 till 1/10 av kiselsolcellers. Livslängden kan uppgå till mer än 20 år. Forskningen och utvecklingen av sådana batterier har precis börjat, och de kommer gradvis att komma in på marknaden inom en snar framtid.