En fotocelle er en elektronisk enhed , der omdanner fotonenergi til elektrisk energi . De er opdelt i elektrovakuum- og halvlederfotoceller [1] . Funktionen af enheden er baseret på fotoelektronisk emission eller intern fotoelektrisk effekt [2] . Den første fotocelle baseret på den eksterne fotoelektriske effekt blev skabt af Alexander Stoletov i slutningen af det 19. århundrede.
Fra et energisynspunkt er de mest effektive enheder til at konvertere solenergi til elektrisk energi halvleder fotovoltaiske omformere (PVC'er), da dette er en direkte, et-trins energioverførsel. Effektiviteten af kommercielt producerede solceller er i gennemsnit 16 %, for de bedste prøver op til 25 % [3] . Under laboratorieforhold er effektivitetsniveauer på 43,5 % [4] , 44,4 % [5] , 44,7 % [6] allerede opnået .
Manglen på ensretterdioder og effektive antenner til elektromagnetiske strålingsfrekvenser svarende til lys tillader endnu ikke at skabe fotoelektriske omformere, der bruger egenskaberne af et kvante som en elektromagnetisk bølge, der inducerer en variabel EMF i en dipolantenne, selvom dette teoretisk er muligt . Fra sådanne enheder ville man forvente ikke kun bedre effektivitet, men også mindre temperaturafhængighed og nedbrydning over tid.
Omdannelsen af energi i solceller er baseret på den fotoelektriske effekt , som opstår i inhomogene halvlederstrukturer, når de udsættes for solstråling.
Heterogeniteten af FEP-strukturen kan opnås ved at dope den samme halvleder med forskellige urenheder (oprettelse af pn-forbindelser ) eller ved at kombinere forskellige halvledere med et uens båndgab - energien ved løsrivelse af en elektron fra et atom (oprettelse af heteroforbindelser ), eller ved at ændre den kemiske sammensætning af halvlederen, hvilket fører til fremkomsten af en båndgap-gradient (oprettelse af strukturer med graderede mellemrum). Forskellige kombinationer af disse metoder er også mulige.
Konverteringseffektiviteten afhænger af de elektrofysiske karakteristika af den inhomogene halvlederstruktur, såvel som solcellernes optiske egenskaber, blandt hvilke fotoledningsevne spiller den vigtigste rolle. Det skyldes fænomenerne med den interne fotoelektriske effekt i halvledere, når de bestråles med sollys.
De vigtigste irreversible energitab i solceller er forbundet med:
For at reducere alle typer energitab i solceller udvikles og anvendes forskellige tiltag med succes. Disse omfatter:
Der blev også opnået en betydelig stigning i effektiviteten af solceller gennem skabelsen af omformere med tosidet følsomhed (op til + 80% af den allerede eksisterende effektivitet på den ene side), brugen af selvlysende genudsendende strukturer, Fresnel linser , foreløbig nedbrydning af solspektret i to eller flere spektralområder ved hjælp af flerlagsfilmstråledelere ( dikroiske spejle ) med efterfølgende konvertering af hver sektion af spektret ved hjælp af en separat solcelle , osv.
På solenergianlæg (SPS) kan forskellige typer solceller bruges, men ikke alle opfylder kravene til disse systemer:
Nogle lovende materialer er vanskelige at opnå i de mængder, der er nødvendige for at skabe et solenergianlæg på grund af råvarens begrænsede naturressourcer eller kompleksiteten af dets behandling.
Høj produktivitet kan kun opnås med tilrettelæggelsen af en fuldautomatisk produktion af solceller, for eksempel baseret på båndteknologi, og oprettelsen af et udviklet netværk af specialiserede virksomheder med en passende profil, det vil sige i virkeligheden en hel industri . Produktion af fotoceller og samling af solcellebatterier på automatiserede linjer vil give en multipel reduktion af batteriets omkostninger.
Silicium , Cu(In,Ga)Se2 og galliumarsenid ( GaAs) betragtes som de mest sandsynlige materialer til SES-fotoceller , og i sidstnævnte tilfælde taler vi om heterofotokonvertere (HFP) med AlGaAs-GaAs-strukturen.
Derudover bruges fotoceller i beskyttelsesanordninger, industrielle proceskontrolsystemer, kemiske analysatorer, brændstofforbrændingskontrolsystemer, temperaturkontrol, kvalitetskontrol af masseproduktion, lysmålinger, niveauindikatorer, tællere, til synkronisering, til automatisk døråbning, i tidsrelæer , i optageenheder. [7]