Производство солнечных батарей

Солнечная батарея — батарея солнечных элементов, полупроводниковый фотоэлектрический генератор, непосредственно преобразующий энергию солнечной радиации в электрическую. Модули солнечной батареи наземного применения как правило конструируются для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12В. При этом последовательно соединяются 36 солнечных элементов, и далее собираются в модуль. Полученный пакет как правило обрамляют в алюминиевую раму, облегчающую крепление к несущей (опорной) конструкции.

Мощность модулей солнечной батареи может достигать 10-300Вт. Действие солнечных элементов основано на использовании явления внутреннего фотоэффекта. Принцип действия солнечных батарей состоит в прямом преобразовании солнечного света в электрический ток. При этом генерируется постоянный ток. Энергия может использоваться как напрямую различными нагрузками постоянного тока, запасаться в аккумуляторных батареях для последующего использования или покрытия пиковой нагрузки, а также преобразовываться в переменный ток напряжением 220 В для питания различной нагрузки переменного тока.

Каждая солнечная батарея состоит из 36, 72 или даже 96 отдельных солнечных элементов. Для промышленного и домашнего использования чаще всего применяются ячейки из поликристаллического или монокристаллического кремния. У поликристаллического кремния меньше КПД, но и стоят они дешевле. Промышленные батареи собираются из отдельных элементов, которые соединяются проводами, после чего размещаются между стеклянными пластинами и полимерными плёнками для защиты. Тонкоплёночные элементы можно купить уже в готовых массивах, иногда даже в готовых механизированных корпусах, обеспечивающих автоматическое позиционирование батареи.

Основные типы:

- Модули в алюминиевой рамке и покрытые стеклом имеют лицевую поверхность из стекла, обеспечивающего наилучшие показатели по пропусканию света и защиту от внешних воздействий.

- Модули на стекле без рамки и клеммной коробки.

Безрамочные ламинированные фотоэлектрические модули (облегченные) без стекла и клеммной коробки. Такие модули подходят для применения как компонент переносных устройств, устройств со встроенной солнечной батареей, и т.п. Обычно такие модули изготавливаются на основе стеклотекстолита с пиковой мощностью до 15 Вт. Напряжение обычно 12 или 6 В.

Двусторонние модули - это новый тип модулей, преобразующих энергию света с обоих сторон - как с тыльной, так и с лицевой. Также имеют алюминиевую рамку. Эти модули могут быть использованы в любой фотоэлектрической установке. Требованием является открытость задней поверхности для того, чтобы она могла получать отраженное и рассеянное излучение. Такие модули обеспечивают существенное снижение стоимости пикового ватта мощности фотоэлектрической установки. Естественно, такие модули могут использоваться и в "обычных" фотоэлектрических системах, где задняя сторона модуля не освещается.

Предполагается, что для более эффективного использования солнечной энергии можно создать устройство, состоящее из нескольких слоёв, каждый из которых поглощал бы только в определённой области спектра, оставаясь при этом прозрачным для остальных длин волн. Таким образом, солнечный свет, пройдя несколько таких слоёв, будет способен практически полностью превратиться в электрическую энергию.

Для изготовления таких батарей недавно был предложен новый процесс ламинирования. Он позволяет не только максимально упростить изготовление солнечных батарей, но и решить важнейшую задачу – обеспечение механического и электрического контакта между активным слоем и катодом.

Процесс изготовления таких солнечных батарей состоит из 3 частей. На первой стадии две прозрачные подложки покрывают прозрачным проводником, таким, как ITO (оксид индия-олова), FTO (оксид олова, допированный фторидом) или каким-либо проводящим полимером. На второй стадии одну из подложек покрывают очень тонким буферным слоем Cs­₂CO₃. Этот карбонат выступает в качестве катода с низкой работой выхода. Третья стадия заключается в нанесении проводящего клея на другую пластинку. В качестве клея был взят полиэтилендиокситиофен: полистиролсульфонат с добавлением D-сорбита. Однако он не обладает достаточной проводимостью, поэтому для увеличения эффективности солнечной батареи применялся поли(3-гексилтиофен) - сложный эфир метил [6,6]-фенил-С₆₁-маслянной кислоты, нанесенный слоем толщиной 20 нм. И, наконец, на последней стадии процесса проводилась, собственно, процедура ламинирования.

Проведённые исследования показали, что полученные таким образом батареи конкурентоспособны по сравнению с солнечными батареями, изготовленными по обычной технологии. Развитие данной технологии солнечных батарей позволит не только значительно уменьшить их стоимость, но и создать солнечные батареи с высокой прозрачностью для применения в самых различных отраслях науки и техники. Возможно, что именно этот метод станет основным для получения дешёвых, прозрачных и гибких солнечных батарей.