En fotocell är en elektronisk anordning som omvandlar fotonenergi till elektrisk energi . De är uppdelade i elektrovakuum- och halvledarfotoceller [1] . Funktionen av enheten är baserad på fotoelektronisk emission eller intern fotoelektrisk effekt [2] . Den första fotocellen baserad på den externa fotoelektriska effekten skapades av Alexander Stoletov i slutet av 1800-talet.
Ur energisynpunkt är de mest effektiva enheterna för att omvandla solenergi till elektrisk energi fotovoltaiska halvledaromvandlare (PVC), eftersom detta är en direkt, enstegs energiöverföring. Verkningsgraden för kommersiellt producerade solceller är i genomsnitt 16 %, för de bästa proverna upp till 25 % [3] . Under laboratorieförhållanden har effektivitetsnivåer på 43,5 % [4] , 44,4 % [5] , 44,7 % [6] redan uppnåtts .
Bristen på likriktardioder och effektiva antenner för elektromagnetiska strålningsfrekvenser som motsvarar ljus tillåter ännu inte att skapa fotoelektriska omvandlare som använder egenskaperna hos ett kvantum som en elektromagnetisk våg som inducerar en variabel EMF i en dipolantenn, även om detta teoretiskt är möjligt . Från sådana anordningar skulle man förvänta sig inte bara bättre effektivitet, utan också mindre temperaturberoende och nedbrytning över tiden.
Omvandlingen av energi i solceller baseras på den fotoelektriska effekten , som uppstår i inhomogena halvledarstrukturer när de utsätts för solstrålning.
Heterogeniteten hos FEP-strukturen kan erhållas genom att dopa samma halvledare med olika föroreningar (skapande av pn-övergångar ) eller genom att kombinera olika halvledare med ett ojämnt bandgap - energin för att en elektron lösgörs från en atom (skapande av heteroövergångar ), eller genom att ändra den kemiska sammansättningen av halvledaren, vilket leder till uppkomsten av en bandgap-gradient (skapande av graderade-gap-strukturer). Olika kombinationer av dessa metoder är också möjliga.
Omvandlingseffektiviteten beror på de elektrofysiska egenskaperna hos den inhomogena halvledarstrukturen, såväl som de optiska egenskaperna hos solceller, bland vilka fotokonduktivitet spelar den viktigaste rollen. Det beror på fenomenen med den interna fotoelektriska effekten i halvledare när de bestrålas med solljus.
De viktigaste irreversibla energiförlusterna i solceller är förknippade med:
För att minska alla typer av energiförluster i solceller utvecklas och tillämpas olika åtgärder framgångsrikt. Dessa inkluderar:
En betydande ökning av effektiviteten hos solceller uppnåddes också genom skapandet av omvandlare med dubbelsidig känslighet (upp till + 80% av den redan befintliga effektiviteten på en sida), användningen av självlysande återutsändande strukturer, Fresnel linser , preliminär sönderdelning av solspektrumet i två eller flera spektralområden med hjälp av flerskiktsfilmstråldelare ( dikroiska speglar ) med efterföljande omvandling av varje sektion av spektrumet av en separat solcell , etc.
På solkraftverk (SPS) kan olika typer av solceller användas, men alla uppfyller inte kraven för dessa system:
Vissa lovande material är svåra att få tag på i de kvantiteter som krävs för att skapa ett solkraftverk på grund av råvarans begränsade naturresurser eller komplexiteten i dess bearbetning.
Hög produktivitet kan endast uppnås med en helt automatiserad produktion av solceller, till exempel baserad på tejpteknik, och skapandet av ett utvecklat nätverk av specialiserade företag med lämplig profil, det vill säga i själva verket en hel industri . Tillverkning av fotoceller och montering av solcellsbatterier på automatiserade linjer kommer att ge en multipel minskning av kostnaden för batteriet.
Kisel , Cu(In,Ga)Se2 och galliumarsenid ( GaAs) anses vara de mest troliga materialen för SES-fotoceller , och i det senare fallet talar vi om heterofotokonverterare (HFP) med AlGaAs-GaAs-strukturen.
Dessutom används fotoceller i skyddsanordningar, industriella processkontrollsystem, kemiska analysatorer, bränsleförbränningskontrollsystem, temperaturkontroll, massproduktionskvalitetskontroll, belysningsmätningar, nivåindikatorer, räknare, för synkronisering, för automatisk dörröppning, i tidsreläer , i inspelningsenheter. [7]