Как работают солнечные батареи

Солнечные батареи – один из видов альтернативной энергетики, позволяющей получать «чистую» электроэнергию. Представляют собой панели, состоящие из цепей полупроводниковых фотоэлементов, которые преобразуют солнечную энергию напрямую в постоянный электрический ток.

Принцип работы фотоэлемента

Полупроводниковый фотодиод представляет 2-слойный элемент, составленный из полупроводников n- (с лишними электронами – катод) и p- (с недостатком электронов – анод) типов.

Солнечные лучи, попадая на n-слой, «выбивают» свободные электроны, которые затем перемещаются в p-слой, где занимают пустующие места. Электроны, образуя электрический ток, перемещаются по кругу от p-слоя к n-слою, проходя при этом через нагрузку, представляемую в солнечных батареях аккумулятором.

Материал для фотодиодов

Первым материалом, применяемым в фотоэлементах, был селен, который обеспечивал КФП батарей не больше 1%. Расцвет отрасли наступил после разработки фотодиода на основе полупроводников из кремния – эта технология доминирует до сих пор, обеспечивая эффективность устройств в интервале 20%...25%. Реальной альтернативой кремнию выступает арсенид галлия, многослойные фотоэлементы из которого способны работать с коэффициентом фотоэлектрического преобразования более 30%.

Для изготовления фотодиодов используется также сульфат кадмия и полимеры. Первый материал позволяет создавать батареи в виде гибких тонких пленок и чаще используется для обеспечения электроэнергией космических объектов. Второй, из-за малой стоимости, доступности и простоты применения, являются перспективным в развитии отрасли; его использование находится сегодня на стадии изучения и экспериментов.