 Оценивание множества фотоэлектрических технологий, используемых в настоящее время и находящимися в разработке, является трудным, потому что они все являются такими разные. На самом базовом уровне, они используют различные активные материалы для поглощения света и сбора электрического заряда. В общем, они делятся на три основные категории. Расположенные на подложке элемента включают в себя традиционный кристаллический кремний и такие альтернативы, как арсенид галлия; тонкопленочные коммерческие элементы включают в себя аморфный (не кристаллический) кремний, теллурид кадмия и медный индиевый галлиевый (ди) селенид; и новые тонкопленочные технологии включают в себя перовскит, органические и квантово-точечные солнечные батареи.
Сравнивание сильных и слабых сторон и тех, и другие варианты требует способ их организования. Традиционная система классификации, основанная в 2001 году, группирует солнечные технологии в три «поколения», основанные на эффективности и стоимости. Но схема не может адекватно описать современную технологию, потому что многие из технологий - и старые и новые – недостаточно хорошо подходят к их назначенным категориям. Кроме того, такая хронологическая схема уничижительно обрабатывает старые технологии уничижительно. «Третье поколение» всегда будет звучать лучше, чем «первого поколения». Но кремний, технология первого поколения, по-прежнему предлагает много преимуществ, и занимает подавляющее большинство на рынке солнечных батарей.
Чтобы помочь в подобным мышлении, исследователи Массачусетского технологического института придумали новые рамки. Они основаны на сложности поглощающего свет материала -концепции, определенной примерно как число атомов в единице молекул или кристалла, которое образует стандартный блок для материала. Строительные блоки в современных фотоэлектрических технологиях варьируется от единичных атомов кремния до более сложных соединений и наноматериалов: от теллурида кадмия до перовскитов и органики и, наконец, к квантовым точкам. В новой системе классификации, все технологии появляются на одном уровне; они не двигаются вокруг в течение долгого времени; и одно место не выглядит лучше, чем другое. Кроме того, существует некоторая корреляция между сложностью и показателями деятельности в которых заинтересованы исследователи.
Одной из таких мер является сложность и стоимость производства. В то время как кремний является конструктивно простым, его превращение в пластины и солнечных батарей является сложным и дорогостоящим - в частности, из-за необходимости строгой чистоты (99,9999 процентов) и высоких температур (выше 1400 градусов по Цельсию). Обработка более сложных, наноматериалов, как правило, является более легкой, дешевой, и менее энергоемкой. Например, предварительные химические реакции при умеренных температурах могут быть использованы для трансформации исходных материалов в органические молекулы или квантовые точки. Эти сложные строительные блоки затем могут быть нанесены при низких температурах через обработку паром или раствором, которая может сделать их совместимыми с различными подложками, а также с высокоскоростными производственными процессами, такими, как печать с рулона на рулон.
Еще одним важным показателем фотоэлектрической технологии является эффективность преобразования энергии, которая определяется как доля поступающей солнечной энергии, поставляемая в качестве электрической энергии. Кристаллический кремний по-прежнему является лидирующей технологией, с эффективностью элементов до 26 процентов. Развивающиеся технологии на основе наноматериалов в настоящее время имеют диапазон от 10 до 20 процентов. Тем не менее, поскольку сложные наноматериалы могут быть спроектированы для максимального поглощения света, то они могут поглощать такое же количество света, как кремний, с меньшим количеством материал. Таким образом, хотя типичный кремниевый солнечный элемент имеет толщину более 100 мкм, типичные наноструктурированные солнечные батареи, которые используют квантовые точки или перовскиты, могут иметь размер меньше 1 микрона. И активный слой может быть нанесен на гибких подложках, таких как пластик и бумага, без необходимости механической поддержки от тяжелого куска стекла.
Высокая эффективность, обещанная такими новыми технологиями, была достигнуты только в лабораторных образцах размером меньше ногтя, и долгосрочная стабильность остается проблемой. Но с дополнительной работой технологии, основанные на сложных материалах может предложить широкий спектр ценных атрибутов. Такие технологии могут быть сделаны в виде облегченных, гибких, надежных солнечных модулей, которые могут сбить расходы в системах, соединенных с энергосетью. Они могут быть использованы для питания портативных электронных устройств, начиная от мобильных телефонов до небольших систем очистки воды; они могут быть перенесены и установлены в отдаленных районах; и они могут хорошо подходить для освещения и маломощных требований связи для развивающегося мира. Наконец, они могут иметь необычные свойства, которые обеспечивают новые приложения. Например, некоторые наноматериалы могут быть сконструированы таким образом, чтобы поглощать ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, позволяя проходить видимому свету. Таким образом, они могут быть интегрированы в окна, застекленные крыши и фасады зданий.
|
