Klasyfikacja akumulatorów słonecznych: Akumulatory słoneczne
Rozwój akumulatorów słonecznych dzieli się na trzy generacje. Pierwszą generację reprezentują monokrystaliczny krzem i polikrystaliczny krzem jako krzemowe akumulatory słoneczne. Technologia pierwszej generacji akumulatorów słonecznych z krystalicznym krzemem jako materiałem została opracowana i jest najpowszechniej stosowana. Jednak wysokie wymagania dotyczące surowców dla monokrystalicznych akumulatorów krzemowych oraz skomplikowany proces produkcji polikrystalicznych akumulatorów słonecznych i inne wady skłoniły do rozpoczęcia badań i rozwoju drugiej generacji cienkowarstwowych akumulatorów słonecznych, w tym tellurek kadmu (CdTe), arsenek galu (GaAs) oraz związki miedzi, indu, galu i selenu (CIGS), które stały się przedmiotem intensywnych badań. W porównaniu z krzemowymi akumulatorami cienkowarstwowe akumulatory słoneczne wymagają mniej materiału i są łatwiejsze do produkcji na dużą skalę, co daje im przewagę w obniżaniu kosztów, a ich wydajność stopniowo się poprawia. Trzecia generacja opiera się na wysokiej wydajności, ekologiczności i zaawansowanej nanotechnologii nowych akumulatorów słonecznych, takich jak barwnikowo-czułe akumulatory słoneczne (DSSCs), akumulatory tytanianu wapnia (PSCs) oraz akumulatory z kropek kwantowych (QDSCs) i inne. Obecnie wszystkie rodzaje akumulatorów słonecznych osiągnęły znaczny rozwój, tworząc wzorzec rozwoju oparty na krzemowych akumulatorach słonecznych, z cienkowarstwowymi akumulatorami jako obiektem rozwoju oraz DSSCs, PSCs i QDSCs jako technologiczną awangardą.
1. Pierwszy typ akumulatorów słonecznych
1.1 Monokrystaliczne krzemowe akumulatory słoneczne
Monokrystaliczny krzem jest najbardziej dojrzałym i stabilnym typem akumulatora słonecznego spośród wszystkich krzemowych akumulatorów słonecznych 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 szerokości przerwy energetycznej znanej w przyrodzie. Monokrystaliczne krzemowe akumulatory słoneczne 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 procesy. Po latach rozwoju proces produkcji i wydajność monokrystalicznych akumulatorów słonecznych zostały znacznie ulepszone i zwiększone. Dzięki wysokiej wydajności i stabilności monokrystaliczne krzemowe akumulatory słoneczne dominują w przemyśle fotowoltaicznym i pozostaną na czele przez długi czas.
Jednak czystość materiału krzemowego wymagana dla akumulatorów krzemowych musi osiągnąć 99,9999%, co powoduje, że cena monokrystalicznego krzemu pozostaje wysoka, a skomplikowany proces produkcji utrudnia szerokie zastosowanie. Dlatego w dalszym rozwoju monokrystalicznych akumulatorów słonecznych głównym kierunkiem powinno być uproszczenie procesu produkcji oraz procesu oczyszczania krzemu, aby obniżyć koszty produkcji i przyspieszyć proces popularyzacji.
1.2 Polikrystaliczne krzemowe akumulatory słoneczne
W porównaniu z monokrystalicznymi krzemowymi akumulatorami słonecznymi, polikrystaliczne krzemowe akumulatory słoneczne wymagają mniejszej czystości surowców i szerszego zakresu surowców, dlatego ich koszt jest znacznie niższy niż monokrystalicznych. Polikrystaliczne krzemowe akumulatory słoneczne 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 monokrystalicznymi krzemowymi akumulatorami słonecznymi, polikrystaliczne mają zaletę niższych wymagań surowcowych, zwłaszcza niższych kosztów produkcji. Jednak mają też swoje wady, takie jak większa liczba defektów sieci krystalicznej, co skutkuje niższą efektywnością konwersji niż w przypadku monokrystalicznych akumulatorów. Dlatego badania nad polikrystalicznymi akumulatorami słonecznymi powinny koncentrować się na poprawie procesu produkcji polikrystalicznego krzemu i redukcji defektów w procesie produkcji, aby poprawić jakość wafli. Ponadto proces produkcji polikrystalicznych akumulatorów słonecznych powinien zostać uproszczony, aby jeszcze bardziej obniżyć koszty produkcji i przyspieszyć rozwój tych akumulatorów.
