Klasyfikacja baterii słonecznych: Baterie słoneczne
Rozwój baterii słonecznych dzieli się na trzy generacje. Pierwszą generację reprezentują baterie słoneczne z monokrystalicznego i polikrystalicznego krzemu jako baterie słoneczne z krystalicznego krzemu. Technologia pierwszej generacji baterii słonecznych z krystalicznym krzemem jako materiałem została opracowana i jest najpowszechniej stosowana. Jednak wysokie wymagania dotyczące surowców dla baterii słonecznych z monokrystalicznego krzemu oraz skomplikowany proces produkcji baterii słonecznych z polikrystalicznego krzemu i inne wady skłoniły do rozpoczęcia badań i rozwoju drugiej generacji cienkowarstwowych baterii słonecznych, w tym tellurek kadmu (CdTe), arsenek galu (GaAs) oraz związki miedzi, indu i galu selenku (CIGS), które stały się reprezentatywnymi bateriami słonecznymi i zaczęły być gorącym tematem badań. W porównaniu z bateriami z krystalicznego krzemu, cienkowarstwowe baterie słoneczne wymagają mniej materiału i są łatwiejsze do produkcji na dużą skalę, dzięki czemu wykazują zalety w obniżaniu kosztów, a ich wydajność stopniowo się poprawia. Trzecia generacja opiera się na wysokiej wydajności, ekologiczności i zaawansowanej nanotechnologii nowych baterii słonecznych, takich jak barwnikowo-czułe baterie słoneczne (DSSCs), baterie słoneczne z tytanianu wapnia (PSCs) oraz baterie słoneczne z kropek kwantowych (QDSCs) i inne. Obecnie wszystkie rodzaje baterii słonecznych osiągnęły duży rozwój, tworząc wzorzec rozwoju baterii słonecznych oparty na bateriach z krystalicznego krzemu, cienkowarstwowych bateriach słonecznych jako obiektach rozwoju oraz DSSCs, PSCs i QDSCs jako obszarach zaawansowanych badań.
1. Pierwszy typ baterii słonecznych
1.1 Baterie słoneczne z monokrystalicznego krzemu
Monokrystaliczny krzem jest najbardziej dojrzałym i stabilnym typem baterii słonecznych spośród wszystkich baterii z krystalicznego krzemu pod względem procesu produkcji i technologii. Teoretycznie najlepsza szerokość przerwy energetycznej materiału fotowoltaicznego wynosi około 1,4 eV, a szerokość przerwy energetycznej monokrystalicznego krzemu to 1,12 eV, co jest najbliższym pojedynczym materiałem do najlepszej znanej szerokości przerwy energetycznej występującej w naturze. Baterie słoneczne z monokrystalicznego krzemu są głównie przygotowywane poprzez czyszczenie wafli i produkcję włókniny, tworzenie złącza dyfuzyjnego, trawienie krawędzi, odfosforowanie szkła krzemowego, przygotowanie powłoki antyrefleksyjnej, wykonanie elektrod, spiekanie i inne. Po latach rozwoju proces produkcji i wydajność baterii słonecznych z monokrystalicznego krzemu zostały znacznie ulepszone i zwiększone. Dzięki wysokiej wydajności i stabilności baterie słoneczne z monokrystalicznego krzemu dominują w przemyśle fotowoltaicznym i pozostaną na czele przez długi czas.
Jednak czystość materiału krzemowego wymagana dla baterii krzemowych musi osiągnąć 99,9999%, co powoduje, że cena monokrystalicznego krzemu pozostaje wysoka, a skomplikowany proces produkcji utrudnia szerokie zastosowanie. Dlatego w dalszym rozwoju baterii słonecznych z monokrystalicznego krzemu głównym kierunkiem powinno być uproszczenie procesu produkcji oraz procesu oczyszczania materiału krzemowego, aby obniżyć koszty produkcji baterii słonecznych z monokrystalicznego krzemu i przyspieszyć ich popularyzację.
1.2 Baterie słoneczne z polikrystalicznego krzemu
W porównaniu z bateriami słonecznymi z monokrystalicznego krzemu, baterie z polikrystalicznego krzemu wymagają mniejszej czystości surowców i szerszego zakresu surowców, dlatego ich koszt jest znacznie niższy niż baterii z monokrystalicznego krzemu. Baterie słoneczne z polikrystalicznego krzemu są również przygotowywane różnymi metodami, takimi jak metoda Siemensa, metoda silanowa, metoda złoża fluidalnego, metoda redukcji sodem, metoda krystalizacji kierunkowej, metoda odparowania próżniowego i inne. Dostępne są także techniki obróbki monokrystalicznego krzemu, takie jak trawienie złącza emisyjnego, absorpcja metalu, trawienie strumienia, pasywacja powierzchni i objętości oraz udoskonalenie metalowych elektrod bramkowych.
W porównaniu z bateriami z monokrystalicznego krzemu, baterie z polikrystalicznego krzemu mają zaletę niższych wymagań dotyczących surowców, zwłaszcza niższych kosztów produkcji. Jednak mają też swoje wady, takie jak większa liczba defektów sieci krystalicznej, co skutkuje niższą efektywnością konwersji niż w bateriach z monokrystalicznego krzemu. Dlatego badania nad bateriami z polikrystalicznego krzemu powinny koncentrować się na poprawie procesu produkcji polikrystalicznego krzemu i redukcji defektów w procesie produkcji, aby poprawić jakość wafli. Ponadto proces produkcji baterii z polikrystalicznego krzemu powinien zostać uproszczony, aby jeszcze bardziej obniżyć koszty produkcji i przyspieszyć rozwój tych baterii.
