Jump to content

Тонкоплененный солнечный элемент

Тонкопленочные солнечные элементы, фотоэлектрические (PV) солнечные элементы второго поколения :

Тонкопленочные солнечные элементы представляют собой тип солнечного элемента, изготовленного путем отложения одного или нескольких тонких слоев ( тонких пленок или TF) фотоэлектрического материала на подложку, такого как стекло, пластик или металл. Тонкоплестные солнечные элементы, как правило, представляют собой несколько нанометров ( нм ) до нескольких микрон ( мкМ ) толщиной-намного тоньше, чем пластины, используемые в обычных кристаллических кремния (C-Si) солнечных батарей, которые могут иметь толщину до 200 мкм. Тонкоплестные солнечные элементы коммерчески используются в нескольких технологиях, включая кадмий-теллурид (CDTE), медный индий-галлийский дискетенид (CIGS) и аморфный тонкопленочный кремний (A-SI, TF-SI).

Солнечные элементы часто классифицируются на так называемые поколения на основе активных (поглощающих солнечных слоев), используемых для их производства, с наиболее известными солнечными элементами или солнечными элементами первого поколения из одного или мульти - кристаллического кремния . Это доминирующая технология, в настоящее время используемая в большинстве солнечных фотоэлектрических систем . Большинство тонкопленочных солнечных элементов классифицируются как второе поколение , изготовленные с использованием тонких слоев хорошо изученных материалов, таких как аморфный кремний (A-SI), кадмий-теллурид (CDTE), селенид медного индий-галлия (CIGS) или арсенид галлия (GAAS) Полем Солнечные элементы, изготовленные с более новыми, менее установленными материалами, классифицируются как третье поколение или возникающие солнечные элементы. Это включает в себя некоторые инновационные технологии тонкопленочных технологий, такие как перовскит , чувствительный к красителю , квантовые , органические и CZTS тонкопленочные солнечные элементы .

Тонкоплестные клетки имеют несколько преимуществ по сравнению с солнечными элементами кремния первого поколения, в том числе более легкой и более гибкой из-за их тонкой конструкции. Это делает их подходящими для использования в интегрированной на здании фотоэлектрических лиц и как полупрозрачный , фотоэлектрический глазурный материал, который можно ламинировать на окнах. В других коммерческих приложениях используются жесткие тонкоплентные солнечные панели (сдерживаемые между двумя стеклянными панелями) на некоторых крупнейших в мире фотоэлектрических электростанциях . Кроме того, материалы, используемые в тонкопленочных солнечных элементах, обычно вырабатываются с использованием простых и масштабируемых методов, более рентабельных, чем ячейки первого поколения, что приводит к более низким воздействиям на окружающую среду, такие как выбросы парниковых газов (ПГ) во многих случаях. Тонкие клетки также обычно превосходят возобновляемые и невозобновляемые источники для выработки электроэнергии с точки зрения токсичности человека и выбросов тяжелых металлов .

Несмотря на первоначальные проблемы с эффективным преобразованием света , особенно среди фотоэлектрических материалов третьего поколения, по состоянию на 2023 г. некоторые тонкопленочные солнечные элементы достигли эффективности до 29,1% для клеток с тонкопленочными GAAS с одним соединением, превысив максимум 26,1% эффективности Для стандартных солнечных элементов первого поколения первого поколения. с несколькими соединениями, Клетки концентратора включающие тонкопленочные технологии, достигли эффективности до 47,6% по состоянию на 2023 год. [ 1 ]

Тем не менее, было обнаружено, что многие тонкопленочные технологии имеют более короткие сроки работы и большие показатели деградации, чем ячейки первого поколения в ускоренном жизненном испытании , что способствовало их несколько ограниченному развертыванию. Во всем мире PV Marketshare технологий тонкопленочных технологий остается около 5% по состоянию на 2023 год. [ 2 ] Тем не менее, технология тонкопленочной инстанции стала значительно более популярной в Соединенных Штатах, где только клетки CDTE приходилось почти 30% новых развертываний в коммунальном масштабе в 2022 году. [ 3 ]

Рыночная темпа тонкопленочных технологий с точки зрения годового производства с 1980 года

Ранние исследования тонкопленочных солнечных элементов начались в 1970-х годах. В 1970 году команда Zhores Alferov в Институте Иоффе создала первые солнечные элементы арсенида галлий (GAAS), впоследствии выиграв Нобелевскую премию 2000 года по физике за эту и другую работу. [ 4 ] [ 5 ] Два года спустя, в 1972 году, профессор Карл Бёер основал Институт конверсии энергетики (МЭК) в Университете штата Делавэр для дальнейших солнечных исследований тонкоплетения. Институт сначала сосредоточился на клетках сульфида меди/сульфида кадмия (Cu 2 S/CD), а затем расширился до фосфида цинка (Zn 3 P 2 ) и аморфных кремниевых (A-SI) тонких фильмов в 1975 году. [ 6 ] В 1973 году МЭК дебютировал с солнечным домом, Solar One, в первом примере фотоэлектрической фотоэлектрики жилой здания. [ 7 ] В следующем десятилетии интерес к технологии тонкопленочной технологии для коммерческого использования и аэрокосмической промышленности [ 8 ] Приложения значительно увеличились, когда несколько компаний начинают развитие аморфных солнечных устройств кремниевой солнечной энергии кремния. [ 9 ] Тонкопленочная солнечная эффективность выросла до 10% для Cu 2 S/CD в 1980 году, [ 10 ] А в 1986 году Arco Solar запустила первый коммерчески доступный тонкопленочный солнечный элемент, G-4000, изготовленный из аморфного кремния. [ 11 ]

В 1990-х и 2000-х годах тонкопленочные солнечные элементы увидели значительное повышение максимальной эффективности и расширения существующих технологий тонкой пленки в новые сектора. был разработан тонкопленочный солнечный элемент с эффективностью более 15% В 1992 году в Университете Южной Флориды . [ 12 ] Только семь лет спустя, в 1999 году, Национальная лаборатория возобновляемой энергии США (NREL) и Spectrolab сотрудничали на солнечном элементе арсенида галлиевого арсенида из трех соединений, которые достигли 32% эффективности. [ 13 ] В том же году Kiss + Cathcart разработал прозрачные тонкопленочные солнечные батареи для некоторых окон на 4 Таймс-квадрате , генерируя достаточно электричества для питания 5-7 домов. [ 14 ] [ 12 ] В 2000 году BP Solar представила два новых коммерческих солнечных элемента на основе технологии тонкопленочной технологии. [ 12 ] В 2001 году были разработаны первые органические тонкопленочные солнечные элементы в Университете Йоханнеса Кеплер в Линце . В 2005 году солнечные элементы GAAS стали еще более тонкими с первыми отдельно стоящими (без субстратных) клеток, введенных исследователями в Университете Радбуда . [ 15 ]

Это также было временем значительных достижений в исследовании новых солнечных материалов третьего поколения-Материалов с потенциалом преодоления теоретических пределов эффективности для традиционных твердотельных материалов. [ 16 ] В 1991 году был разработан первый высокоэффективный чувствительный к красителю солнечный элемент , заменив обычный твердый полупроводниковый (активный) слой клетки жидкой электролитной смесью, содержащей лампольный краситель. [ 17 ] В начале 2000 -х годов началось развитие солнечных элементов квантовой точки, [ 16 ] Технология позже сертифицирована NREL в 2011 году. [ 18 ] В 2009 году исследователи из Университета Токио сообщили о новом солнечном элементе, использующем перовскиты в качестве активного уровня и достигли более 3% эффективности, [ 19 ] Опираясь на работу Мураса Чикао 1999 года, которая создала слой перовскита, способный поглощать свет. [ 20 ]

В 2010-х и начале 2020-х годов инновации в солнечной технологии тонкоплетения включали усилия по расширению солнечной технологии третьего поколения в новые приложения и снижение производственных затрат, а также значительные повышения эффективности как для материалов второго, так и третьего поколения. В 2015 году синтетика Kyung-In выпустила первые струйные солнечные элементы , гибкие солнечные элементы, изготовленные с промышленными принтерами. [ 21 ] В 2016 году лаборатория органической и наноструктурированной электроники Владимира Боловича (одна) в Массачусетском технологическом институте (MIT) создала тонкие клетки, достаточно легкие, чтобы сидеть на вершине мыльных пузырьков. [ 22 ] В 2022 году та же группа вводила гибкие органические тонкопленочные солнечные элементы, интегрированные в ткань. [ 23 ] [ 24 ]

Тонкоплестная солнечная технология захватила пиковую долю на мировом рынке 32% нового фотоэлектрического развертывания в 1988 году, а затем сократилась в течение нескольких десятилетий и достигла еще одного, меньшего пика 17% в 2009 году. [ 25 ] [ 26 ] Доля рынка неуклонно снизилась до 5% в 2021 году во всем мире, [ 25 ] Однако технология тонкоплетения захватила приблизительно 19% от общей доли рынка США в том же году, в том числе 30% производства в масштабе коммунальных услуг. [ 27 ]

Теория операции

[ редактировать ]

В типичном солнечном элементе фотоэлектрический эффект используется для выработки электричества от солнечного света. Поглощение света или «активного слоя» солнечного элемента, как правило, является полупроводниковым есть зазор материалом, что означает, что в его энергетическом спектре между валентной полосой локализованных электронов хозяина вокруг ионов и полосы проводимости электронов более высокой энергии, которые являются свободно двигаться по всему материалу. Для большинства полупроводнических материалов при комнатной температуре электроны, которые не получили дополнительной энергии из другого источника, будут существовать в основном в валентной полосе, с небольшим количеством электронов в полосе проводимости. Когда солнечный фотон достигает полупроводникового активного слоя в солнечном элементе, электроны в валентной полосе могут поглощать энергию фотона и подвергаться возбуждению в полосу проводимости, позволяя им свободно двигаться по всему материалу. Когда это происходит, пустое электронное состояние (или отверстие ) остается позади в валентной полосе. Вместе электрон полосы проводимости и отверстие для валентной полосы называются Пара электронов . Как электрон, так и отверстие в паре электронных отверстий могут свободно перемещаться по всему материалу в качестве электричества. [ 28 ] Однако, если пара отверстия не разделена, электрон и отверстие могут рекомбинироваться в исходное состояние с нижней энергией, высвобождая фотон соответствующей энергии. В термодинамическом равновесии прямой процесс (поглощение фотона для возбуждения пары электронов) и обратного процесса (излучение фотона для уничтожения пары электронных отверстий) должен происходить с той же скоростью по принципу подробного баланса . Следовательно, чтобы построить солнечный элемент из полупроводникового материала и извлекать ток во время процесса возбуждения, электрон и отверстие пары электронных отверстий должны быть разделены. Это может быть достигнуто разными различными способами, но наиболее распространенным является перекресток PN , где положительно легированный (P-тип) полупроводящий слой и отрицательно легированный (N-тип) полупроводящий слой, создание химического потенциала который рисует электроны в одном направлении и отверстиет другое, разделяя электрон-лунку. [ 29 ] Вместо этого это может быть достигнуто с использованием металлических контактов с различными рабочими функциями , как в ячейке Шоттки-соединения .

В тонкопленочном солнечном элементе процесс в значительной степени такой же, но активный полупроводящий слой становится намного более тонким. Это может быть сделано возможным благодаря некоторым внутренним свойствам используемого полупроводникового материала, который позволяет ему преобразовать особенно большое количество фотонов на толщину. Например, некоторые тонкопленочные материалы имеют прямую полосовую сетку , что означает, что электронные состояния проводимости и валентной полосы находятся на одном импульсе вместо разных импульсов, как в случае непрямого полупроводника, подобного кремния, такого как кремний. Наличие прямой полосовой зоны устраняет необходимость в источнике или погрузке импульса (обычно вибрация решетки или фонона ), упрощая двухэтапный процесс поглощения фотона в одностадийный процесс. [ 30 ] Другие тонкопленочные материалы могут быть способны поглощать больше фотонов на толщину просто из-за наличия энергетической полосовой вершины, которая хорошо сочетается с пиковой энергией солнечного спектра , что означает, что есть много солнечных фотонов правильной энергии, доступных для возбуждения электрона. Пары отверстий.

У других тонкопленочных солнечных элементов полупроводящий слой может быть полностью заменен другим поглощающим светом материалом, например, электролита и солнечной молекулам красителя в к красите чувствительном раствором элементе , Полем

Материалы

[ редактировать ]
Поперечное сечение ячейки TF

Тонкоплестные технологии уменьшают количество активного материала в ячейке. Активный слой может быть размещен на жесткой подложке из стекла, пластика или металла или ячейки, которую можно сделать с помощью гибкой подложки, такой как ткань. Тонкоплестные солнечные клетки имеют тенденцию быть дешевле, чем кристаллические кремниевые клетки, и оказывают меньшее экологическое воздействие (определено из анализа жизненного цикла ). [ 31 ] Их тонкая и гибкая природа также делает их идеальными для таких применений, как фотоэлектрическая фотоэлектрика. Большинство пленочных панелей имеют на 2-3 процентных пункта ниже эффективность конверсии, чем кристаллический кремний, [ 32 ] Хотя некоторые тонкопленочные материалы превосходят кристаллические кремниевые панели с точки зрения эффективности. Теллурид кадмия (CDTE), селенид меди в индий-галлия (CIGS) и аморфный кремний (A-SI) являются тремя наиболее известными технологиями тонкопленочных технологий.

Тонкоплестные материалы второго поколения

[ редактировать ]

Кадмий Теллурид

[ редактировать ]

Кадмий теллурид (CDTE) - это халкогенидный материал, который является преобладающей технологией тонкой пленки. Примерно на 5 процентов мирового производства PV, на него приходится более половины рынка тонкой пленки. Эффективность лаборатории ячейки также значительно увеличилась в последние годы и находится на одном уровне с тонкой пленкой CIGS и близко к эффективности мультикристаллического кремния на 2013 год. [ 33 ] : 24–25  Кроме того, CDTE имеет самое низкое время окупаемости энергии всех массовых технологий PV, и может составлять всего восемь месяцев в благоприятных местах. [ 33 ] : 31  CDTE также работает лучше, чем большинство других тонкопленочных фотоэлектрических материалов во многих важных факторах воздействия на окружающую среду, таких как потенциал глобального потепления и выбросы тяжелых металлов. [ 34 ] Выдающимся производителем является первая солнечная энергия США , базирующаяся в Темпе, штат Аризона , которая производит панели CDTE с эффективностью около 18 процентов. [ 35 ]

Хотя токсичность кадмия , возможно, не такая большая проблема и экологические проблемы, полностью решаемая при переработке модулей CDTE в конце их жизни, [ 36 ] Есть еще неопределенность [ 37 ] И общественное мнение скептически относится к этой технологии. [ 38 ] [ 39 ] Использование редких материалов также может стать ограничивающим фактором для промышленной масштабируемости технологии тонкой пленки CDTE. Редкость теллуриума , которая теллурида является анионной формой, сопоставима с платиной в коре Земли и значительно способствует стоимости модуля. [ 40 ]

Медный селенид индий -галлия (CIGS)

[ редактировать ]
CIGS Лабораторные записи эффективности (обновлено 12/02/2024)
Клетка Модуль
Стеклянный подложка 23.6 % [ 41 ] 20.3 % [ 42 ]
Гибкий субстрат 22.2 % [ 43 ] 18.6 % [ 44 ]

Как и CDTE, селенид медного индия Gallium (CIGS) и его вариации являются полупроводниками халкогенидных соединений. Солнечные элементы CIGS достигли лабораторной эффективности выше 23 процентов (см. Таблицу) и долю 0,8 процента на общем рынке фотоэлектрических лиц в 2021 году. [ 45 ] Многочисленные компании производили солнечные элементы и модули CIGS, однако некоторые из них значительно снизили или прекратили производство в течение последних лет.

Настройка типичного солнечного элемента CIGS в изображении поперечного сечения SEM

Фактические исследования направлены на улучшение свойств, связанных с изготовлением и функциональностью путем изменения или замены отдельных слоев, например:

Гибкий солнечный элемент CIGS, продуцируемый на солнечной AG (субстрат: полиимид)
  • Солнечные элементы CIGS демонстрируют особенно низкую потерю в эффективности, при откладывании на гибкий субстрат вместо стекла (см. Таблицу), следовательно, они считаются многообещающими кандидатами для сгибаемых и легких солнечных модулей . [ 48 ]

Помимо потенциала развития других слоев в солнечном элементе, CIGS материала поглотителя обладает замечательным свойством, что его полоса можно настроить путем регулировки соотношения индия и галлия в соединении. Настраивая полосой разрывы, фракция солнечного спектра , которая поглощается солнечным элементом, может быть изменена, что делает CIGS-клетки особенно интересными в качестве составляющих солнечных элементов с несколькими соединениями . [ 48 ]

Возможные комбинации групповых ( xi , xiii , xvi ) элементов в периодической таблице , которые дают соединение, показывающее фотоэлектрический эффект : Cu , Ag , Au - Al , Ga , in - s , se , te .

Также возможно частично заменить медь на серебро и селен на серу, давая соединение (ag z cu 1-z ) (в 1-x ga x ) (Se 1-y s y ) 2 . Чтобы отличить состав без серы, иногда это аббрививированный цигсе, в то время как CIG в аббревиатуре могут ссылаться на соединения, содержащие серы, так и селен. Серебро, содержащее соединение, иногда называют ACIGS. Вариации композиции CIGS подвержены текущим исследованиям и частично также сфабрикованы в промышленности.

Возможные кристаллические структуры кремния.

Есть три выдающихся кремниевых тонкопленочных архитектуры:

  • Аморфные кремниевые клетки
  • Аморфные / микрокристаллические тандемные клетки (микроморф)
  • Тонкоплененный поликристаллический кремний на стекле. [ 49 ]
Аморфный кремний
[ редактировать ]

Аморфный кремний (A-SI) представляет собой некристаллическую, аллотропную форму кремния и самая хорошо развитая технология тонкопленки. Тонкопленочный кремний является альтернативой обычной пластины (или массовой ) кристаллическому кремнию . В то время как клетки CDTE и CIS -пленки на основе халкогенид были разработаны в лаборатории с большим успехом, все еще интерес к индустрии к кремниям на основе кремния. Устройства на основе кремния демонстрируют меньше проблем, чем у их аналогов CDTE и CIS, таких как проблемы с токсичностью и влажностью с клетками CDTE и низким уровнем производства CIS из-за сложности материала. Кроме того, из-за политической сопротивления использования не «зеленых» материалов в производстве солнечной энергии нет стигмы в использовании стандартного кремния.

Этот тип тонкопленочной ячейки в основном изготовлен методом, называемой химическим паром-осаждением, усиленным в плазме . Он использует газообразную смесь силана (SIH 4 ) и водорода, чтобы нанести очень тонкий слой всего 1 микрометра (мкМ) кремния на подложку, такой как стекло, пластик или металл, который уже был покрыт слоем прозрачного проводя оксид . Другие методы, используемые для осаждения аморфного кремния на подложку, включают распыления и химического осаждения паров с горячими проволоками. методы [ 50 ]

A-SI привлекателен как солнечный материал, потому что это обильный, нетоксичный материал. Это требует низкой температуры обработки и обеспечивает масштабируемое производство на гибкой, недорогой субстрате с небольшим требованием кремниевого материала. Благодаря своей полосовой зоне 1,7 эВ, аморфный кремний также поглощает очень широкий спектр светового спектра , который включает в себя инфракрасный и даже некоторые ультрафиолеты и очень хорошо работает при слабом свете. Это позволяет ячейке генерировать власть ранним утром или поздним днем ​​и в облачные и дождливые дни, в отличие от кристаллических кремниевых клеток, которые значительно менее эффективны при воздействии при диффузном и косвенном дневном свете . [ Цитация необходима ]

Тем не менее, эффективность клетки A-SI страдает значительным падением примерно на 10-30 процентов в течение первых шести месяцев работы. Это называется эффектом Staebler-Wronski (SWE)-типичная потеря электрической продукции из-за изменений в фотопроводимости и темной проводимости, вызванной длительным воздействием солнечного света. Хотя это деградация совершенно обратима при отжиге при 150 ° C, обычные солнечные элементы C-Si не проявляют этого эффекта в первую очередь.

Аэрокосмический продукт с гибкой тонкой пвафом Solar от United Solar Ovonic

Его основная электронная структура - это штифт . Аморфная структура A-SI подразумевает высокое расстройство и висящие связи, что делает его плохим проводником для носителей заряда. Эти висящие связи действуют как центры рекомбинации, которые серьезно снижают срок службы носителя. Обычно используется структура штифта, в отличие от структуры NIP. Это связано с тем, что подвижность электронов в A-Si: H примерно на 1 или 2 порядка больше, чем в отверстиях, и, следовательно P- до N-типа контакт. Следовательно, слой P-типа должен быть расположен наверху, где интенсивность света сильнее, так что большинство носителей, пересекающих соединение, являются электронами. [ 51 ]

Тандем-клетка с использованием a-si/μc-si
[ редактировать ]

Слой аморфного кремния может быть объединен со слоями других аллотропных форм кремния для получения мультиочевого солнечного элемента . Когда объединяются только два слоя (два соединения PN), это называется тандемной ячейкой . Укладывая эти слои поверх друг друга, поглощается более широкий диапазон световых спектров, повышая общую эффективность клетки.

В микроморфном кремнии слой микрокристаллического кремния (μc-Si) объединяется с аморфным кремнием, создавая тандемную клетку. Верхний слой A-Si поглощает видимый свет, оставляя инфракрасную часть к нижнему слою μc-Si. Концепция микроморфных клеток была первой и запатентовала в Институте микротехнологий (IMT) Университета Неухтел в Швейцарии, [ 52 ] и был лицензирован на Tel Solar . В июле 2014 года новый PV -модуль New World Record, основанный на концепции микроморфа с эффективностью модуля 12,24%, был независимо сертифицирован. [ 53 ]

Поскольку все слои изготовлены из кремния, они могут быть изготовлены с использованием PECVD. Расширение A-Si составляет 1,7 эВ , а C-Si составляет 1,1 эВ. Слой C-Si может поглощать красный и инфракрасный свет. Лучшая эффективность может быть достигнута при переходе между A-SI и C-SI. Поскольку нанокристаллический кремний (NC-SI) имеет примерно ту же банистую сетку, что и C-Si, NC-SI может заменить C-SI. [ 54 ]

United Solar Ovonic Roll-Roll Solar Photocoltaic Production Line с 30 МВт годовой мощностью
Тандем-клетка с использованием A-Si/PC-Si
[ редактировать ]

Аморфный кремний также может быть объединен с протокристаллическим кремнием (PC-SI) в тандемную клетку. Протокристаллический кремний с малой объемом фракции нанокристаллического кремния оптимально для высокого напряжения открытого круга . [ 55 ] Эти типы кремния присутствуют висячими и скрученными связями, что приводит к глубоким дефектам (уровни энергии в зонковой зоне), а также деформации валентных и проводимых полос (полосы хвостов).

Поликристаллический кремний на стекле
[ редактировать ]

Новая попытка объединить преимущества объемного кремния с преимуществами тонкопленочных устройств-это тонкопленочный поликристаллический кремний на стекле. Эти модули производятся путем отложения антирефекционного покрытия и легированного кремния на текстурированные стеклянные подложки с использованием химического парящего отложения паров с усиленным плазмой (PECVD). Текстура в стекле повышает эффективность клетки примерно на 3% за счет уменьшения количества падающего света, отражающегося от солнечного элемента, и защелкивающегося света внутри солнечного элемента. Кремниевая пленка кристаллизуется стадией отжига, температуры 400–600 по Цельсию, что приводит к поликристаллическому кремнию.

Эти новые устройства показывают эффективность преобразования энергии 8% и высокую доходность производства> 90%. Кристаллический кремний на стекле (CSG), где поликристаллический кремний составляет 1–2 микрометра, отмечается его стабильностью и долговечностью; Использование технологий тонкой пленки также способствует экономии затрат на объемную фотоэлектрическую линию. Эти модули не требуют наличия прозрачного проводящего оксидного слоя. Это упрощает производственный процесс в два раза; Этот шаг не только может быть пропущен, но и отсутствие этого слоя делает процесс построения схемы контакта намного проще. Оба эти упрощения еще больше снижают стоимость производства. Несмотря на многочисленные преимущества по сравнению с альтернативным дизайном, оценки стоимости производства на базисной основе на единицы показывают, что эти устройства сопоставимы по ценам с единодельными аморфными тонкопленочными клетками. [ 49 ]

Арсенид галлия

[ редактировать ]

Арсенид галлия (GAAS) представляет собой полупроводник III-V с прямой полосой и является очень распространенным материалом, используемым для однокристаллических тонкопленочных солнечных элементов. Солнечные элементы GAAS по-прежнему остаются одним из самых высокопроизводительных тонкопленочных солнечных элементов из-за их исключительных термостойких свойств и высокой эффективности. [ 56 ] По состоянию на 2019 год, клетки GAAS с однокристаллическими GAAS показали самую высокую эффективность солнечных батарей среди солнечных элементов с одним соединением с эффективностью 29,1%. [ 57 ] Эта записная ячейка достигла этой высокой эффективности, внедрив заднее зеркало на задней поверхности, чтобы увеличить поглощение фотонов, что позволило ячейке достичь впечатляющей плотности тока короткого замыкания и значения напряжения с открытым кругом вблизи предела Shockley-quiesser . [ 58 ] В результате солнечные элементы GAAS практически достигли своей максимальной эффективности, хотя улучшения все еще можно сделать, используя стратегии отлавки света. [ 59 ]

Тонкие пленки GAAS чаще всего изготовлены с использованием эпитаксиального роста полупроводника на подложке. Техника эпитаксиального подъема (ELO), впервые продемонстрированная в 1978 году, оказалась наиболее перспективной и эффективной. В этом методе тонкий пленочный слой очищается от подложки, выборочно тратит жертвенный слой, который был размещен между эпитаксиальной пленкой и субстратом. [ 60 ] Пленка GaAs и подложка остаются минимально поврежденными в процессе разделения, что позволяет повторно использовать подложку хоста. [ 61 ] При повторном использовании субстрата затраты на изготовление могут быть уменьшены, но не полностью проститы, поскольку субстрат может быть использован повторно ограниченным количеством раз. [ 59 ] Этот процесс по-прежнему является относительно дорогостоящим, и исследования все еще проводится, чтобы найти более рентабельные способы выращивания эпитаксиального пленки на подложку.

Несмотря на высокую производительность тонкопленочных клеток GAAS, дорогие затраты на материал препятствуют их способности к широкомасштабному внедрению в солнечной батаречной промышленности. GAAS чаще используется в солнечных элементах с несколькими соединениями для солнечных батарей на космическом корабле , так как более широкое соотношение мощности к весу снижает затраты на запуск в космической солнечной энергии ( ingap / (in) gaAs / GE клетках). Они также используются в Photovoltaics Concentorator , новой технологии, которая лучше всего подходит для мест, которые получают много солнечного света, используя линзы для фокусировки солнечного света на гораздо меньшем, что менее дорогого солнечного элемента концентратора GaAs.

Экспериментальный солнечный элемент на основе кремния, разработанный в Национальных лабораториях Сандии

Материалы третьего поколения (появляются) тонкопленочные материалы

[ редактировать ]

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии классифицирует ряд тонкопленочных технологий как появляющуюся фотоэлектрическую фотоэлектрическую линию-большинство из них еще не применялись в коммерческих целях и все еще находятся на этапе исследований или разработок. Многие используют органические материалы, часто органометаллические соединения, а также неорганические вещества. Хотя многие из этих технологий боролись с нестабильностью и низкой эффективностью на ранних стадиях, некоторые появляющиеся материалы, такие как перовскиты, смогли достичь эффективности, сравнимой с моно -кристаллическими кремниевыми клетками. Многие из этих технологий могут превзойти предел Shockley-quiesser для эффективности односторонней клетки с одним соединением. Значительные исследования были вложены в эти технологии, поскольку они обещают достичь цели производства низких, высокоэффективных солнечных элементов с меньшим воздействием на окружающую среду.

Медный цинк олово сульфид (CZT)

[ редактировать ]

Медный цинк -сульфид или Cu (Zn, Sn) (S, SE) 2 , обычно сокращаются CZT, а его производные CZTSE и CZTSSE принадлежат к групповым халкогенидам (например, CDTE и CIGS/CIS), иногда называемые кестеритами . В отличие от CDTE и CIGS, CZT изготавливаются из обильного и нетоксичного сырья. Кроме того, полосовая зона CZT может быть настроена путем изменения отношения S/SE, что является желательным свойством для разработки оптимальных солнечных элементов. [ 62 ] CZT также имеет высокий коэффициент поглощения света.

Другие появляющиеся халкогенидные фотоэлектрические материалы включают соединения на основе суримии, такие как SB 2 (S, SE) 3 . Как и CZT, у них есть настраиваемые полосы и хорошее поглощение света. Соединения на основе сурьмы также имеют квази-1D-структуру, которая может быть полезна для разработки устройств. Все эти появляющиеся халкогенидные материалы имеют преимущество в том, что они являются частью одного из самых зрелых и эффективных семейств технологии тонкой пленки. По состоянию на 2022 год клетки CZTS достигли максимальной эффективности около 12,6%, в то время как клетки на основе сурьмы достигли 9,9%. [ 63 ]

Чувствительный к красителю (DSPV)

[ редактировать ]

Сенсибилизированные красителем клетки, также известные как грицель-клетки или DSPV, являются инновационными клетками, которые выполняют своего рода искусственный фотосинтез, [ 64 ] Удаление потребности в объемном твердотельном полупроводнике или перекрестке PN. Вместо этого они построены с использованием слоя фотоактивного красителя, смешанного с полупроводниковыми наночастицами оксида переходных металлов поверх раствора жидкого электролита, окруженного электрическими контактами, изготовленными из платины, а иногда и графена и инкапсулированного в стекло. Когда фотоны попадают в ячейку, они могут быть поглощены молекулами красителя, положив их в их сенсибилизированное состояние. В этом состоянии молекулы красителя могут вводить электроны в полосу полупроводниковой проводимости. Затем электроды пополняются красителем, предотвращая рекомбинацию пары электронных отверстий. Электрон в полупроводнике вытекает в виде тока через электрические контакты. [ 65 ]

Солнечные элементы, чувствительные к красителю, привлекательны, потому что они позволяют производить дешевое и экономичное производство на основе рулонов. [ 62 ] На практике, однако, включение дорогих материалов, таких как Platinum и Ruthenium, не допускают достижения этих низких затрат. [ 62 ] Клетки, чувствительные к красителю, также имеют проблемы со стабильностью и деградацией, особенно из-за жидкого электролита. В высокотемпературных средах электролит может протекать из ячейки, в то время как в условиях низкой температуры электролит может замерзнуть. Некоторые из этих вопросов можно преодолеть, используя квазисолидный электролит состояния. [ 64 ]

По состоянию на 2023 год максимальная реализованная эффективность чувствительного к красителю солнечного элемента составляет около 13%. [ 66 ]

Органическая фотоэлектрическая (OPV)

[ редактировать ]

Органические солнечные элементы используют органические полупроводниковые полимеры в качестве фотоактивного материала. Эти органические полимеры экономически эффективны и настраиваются с высокими коэффициентами поглощения. [ 64 ] Органическое производство солнечных батарей также является экономически эффективным и может использовать эффективные методы производства рулона. Они также имеют одни из самых низких показателей воздействия на окружающую среду всех PV технологий по широкому спектру факторов воздействия, включая потенциал глобального потепления энергии. [ 67 ]

Органические клетки являются естественными гибкими, что хорошо предоставляется многим применениям. Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) органическая и наноструктурированная электронная лаборатория (одна лаборатория), встроенные органические PV на гибкие субстраты ткани, которые могут быть развернуты более 500 раз без разложения. [ 23 ]

Тем не менее, органические солнечные элементы, как правило, не очень стабильны и имеют тенденцию иметь низкие сроки работы. Они также имеют тенденцию быть менее эффективными, чем другие тонкопленочные клетки из-за некоторых внутренних границ материала, таких как большая энергия связывания для пар электрон-отверстия. [ 64 ] По состоянию на 2023 год максимальная достигнутая эффективность для органических солнечных элементов составляет 18,2%. [ 66 ]

Перовский солнечные элементы

[ редактировать ]

Перовскиты представляют собой группу материалов с общей кристаллической структурой, названной в честь их обнаружения, минералогиста Лев Перовски . Перовскиты, которые чаще всего используются для применений PV, представляют собой органические инорганические гибридные гибридные гибридные галогениды свинца, которые содержат ряд выгодных свойств, включая широко настраиваемые полосовые лески, высокие коэффициенты поглощения и хорошие электронные транспортные свойства как для электронов, так и для дыр. [ 68 ] По состоянию на 2023 год солнечные элементы перовскита с одним соединением достигли максимальной эффективности 25,7%, что соперничает с моно-кристаллическим кремнием. Перовскиты также обычно используются в тандемных и мульти соединяющихся клетках с кристаллическим кремнием, сигачками и другими фотоэлектрическими технологиями для достижения еще более высокой эффективности. [ 66 ] Они также предлагают широкий спектр недорогих приложений. [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]

Тем не менее, клетки перовскита имеют тенденцию иметь короткие сроки жизни, причем 5 лет является типичным сроком службы по состоянию на 2016 год. [ 68 ] В основном это связано с их химической нестабильностью при воздействии света, влаги, ультрафиолетового излучения и высоких температур, которые могут даже привести к тому, что они подвергаются структурному переходу, который влияет на работу устройства. Следовательно, правильная инкапсуляция очень важна. [ 64 ]

Quantum Dot Photovoltaics (QDPV)

[ редактировать ]

Квантовая точка фотоэлектрика (QDPV) Замените обычный твердотельный полупроводник активного слоя на полупроводниковые квантовые точки. Полосная сетка фото-активного слоя может быть настроена путем изменения размера квантовых точек. [ 62 ] QDPV может генерировать более одной пары электронных отверстий на фотон в процессе, называемом множественным генерацией экситонов (MEG), что может обеспечить теоретическую максимальную эффективность преобразования 87%, [ 34 ] Хотя по состоянию на 2023 год максимальная достигнутая эффективность ячейки QDPV составляет около 18,1%. [ 66 ] Клетки QDPV также имеют тенденцию использовать гораздо меньше материала активного слоя, чем другие типы солнечных элементов, приводящих к недорогим производству. Тем не менее, клетки QDPV, как правило, имеют высокое воздействие на окружающую среду по сравнению с другими тонкопленочными фотоэлектрическими материалами, особенно токсичностью человека и выбросами тяжелых металлов. [ 34 ]

Приложения

[ редактировать ]

Прозрачные солнечные элементы

[ редактировать ]

В 2022 году полупрозрачные солнечные элементы, которые столь же велики, как сообщалось окна, [ 72 ] После того, как члены команды исследования достигли рекордной эффективности с высокой прозрачностью в 2020 году. [ 73 ] [ 74 ] Также в 2022 году другие исследователи сообщили о изготовлении солнечных элементов с рекордной средней видимой прозрачностью 79%, почти невидимой. [ 75 ] [ 76 ]

Строительская фотоэлектрическая фотоэлектрика

[ редактировать ]

Тонкоплестные фотоэлектрические материалы имеют тенденцию быть легкими и гибкими по своей природе, что естественно поддается фотоэлектрическому зданию (BIPV). [ 77 ] Общие примеры включают интеграцию полупрозрачных модулей, можно интегрировать в оконные конструкции [ 78 ] и использование жестких тонкопленочных панелей для замены кровельного материала. BIPV может значительно снизить воздействие на окружающую среду в течение всего срока службы (например, выброс парниковых газов (ПГ) из -за солнечных модулей из -за избегания выбросов, связанных с тем, чтобы не использовать обычные строительные материалы. [ 79 ]

Эффективность

[ редактировать ]

Несмотря на изначально более низкую эффективность во время их введения, многие тонкопленочные технологии обладают эффективностью, сопоставимой с обычным однокременным неконцентраторным кристаллическим кремниевым солнечными элементами, которые имеют максимальную эффективность 26,1% по состоянию на 2023 г. и однокристаллические клетки GAAS обладают большей максимальной эффективностью 29,1% и 27,4% соответственно. Максимальная эффективность для неконцентраторных тонкопленочных ячеек из различных выдающихся тонкопленочных материалов показана в диаграмме.

Лучшая эффективность солнечных батарей с тонкими пленками (обновлена ​​27.03.2023)
Тип солнечного элемента Лучшая эффективность (%)
ГААС Тонкий фильм
29.1
Гаас монокристалл
27.8
Однокристаллический кремний*
26.1
Перовскиты
25.7
Мультикристаллический кремний*
24.4
Сигар
23.6
CDTE
22.1
Тонкая фильма C-Si
21.7
Органический
18.2
Сколько дот
18.1
Аморфный кремний
14
Чувствительный к красителю
13
CZTSSE
13

*Не тонкопленка, включенная только для сравнения. Данные NREL 2023 Лучший набор данных по эффективности исследовательских клеток.

Эффективность коммерческого модуля

[ редактировать ]

Важно отметить, что максимальная эффективность, достигнутая в лабораторных условиях, как правило, выше, чем эффективность промышленных ячеек, которые часто имеют эффективность на 20-50% ниже. [ 68 ] По состоянию на 2021 год максимальная эффективность изготовленных солнечных элементов составляла 24,4% для моно -кристаллического кремния, 20,4% для полисталлического кремния, 12,3% для аморфного кремния, 19,2% для CIGS и 19% для модулей CDTE. [ 80 ] Прототип тонкопленочных клеток с наилучшей эффективностью дает 20,4% (первая солнечная энергия), сравнимый с лучшей эффективностью прототипа солнечных батарей, составляющих 25,6% от Panasonic . [ 81 ] [ 82 ]

Предыдущая запись о эффективности солнечных батарей тонкопленки 22,3% была достигнута с помощью Solar Frontier , крупнейшего в мире поставщика солнечной энергии в мире (медный селен индия). В совместных исследованиях с новой организацией по развитию энергетических и промышленных технологий (NEDO) Японии Solar Frontier достигла 22,3% эффективности конверсии на 0,5 см. 2 ячейка использует свою технологию CIS. Это было увеличение на 0,6 процентных пункта по сравнению с предыдущим рекордом тонкой фильма отрасли на 21,7%. [ 83 ]

Расчет эффективности

[ редактировать ]
Эффективность солнечных элементов различных клеточных технологий (включая как однокристаллические, так и тонкие технологии), как отслеживается NREL

Эффективность . солнечного элемента количественно определяет процент падающего света на солнечном элементе, который превращается в полезное электричество Существует много факторов, которые влияют на эффективность солнечной элемента, поэтому эффективность может быть дополнительно параметризована дополнительными численными величинами, включая ток короткого замыкания, напряжение открытого замыкания , максимальную точку мощности, коэффициент заполнения и квантовую эффективность . Ток короткого замыкания-это максимальный ток, который ячейка может течь без нагрузки напряжения. Аналогичным образом, напряжение открытого круга представляет собой напряжение на устройстве без тока или, в качестве альтернативы, напряжения, необходимого для течения отсутствия. На кривой тока в зависимости от напряжения (IV) напряжение открытого круга представляет собой горизонтальный перехват кривой с осью напряжения, а ток короткого замыкания-это вертикальный перехват кривой с осью тока. Максимальная точка мощности - это точка вдоль кривой, где достигается максимальная выходная мощность солнечного элемента, а область прямоугольника с боковыми длины, равными току и координат напряжения максимальной точки мощности называется коэффициентом заполнения. Коэффициент заполнения является мерой того, сколько энергии достигает солнечная батарея в этой максимальной точке мощности. Интуитивно, кривые IV с более квадратной формой и более плоской верхней и стороной будут иметь больший коэффициент заполнения и, следовательно, более высокую эффективность. [ 84 ] Принимая во внимание, что эти параметры характеризуют эффективность солнечного элемента, основанного в основном на его макроскопических электрических свойствах, квантовая эффективность измеряет либо отношение количества фотонов, связанных с ячейкой к количеству извлеченных носителей заряда (внешняя квантовая эффективность) Количество фотонов, поглощенных ячейкой, до количества извлеченных носителей заряда (внутренняя квантовая эффективность). В любом случае, квантовая эффективность является более прямым зондом микроскопической структуры солнечного элемента. [ 85 ]

Схема кривой солнечной батареи IV.

Повышение эффективности

[ редактировать ]

Некоторые солнечные элементы третьего поколения повышают эффективность за счет интеграции геометрии концентратора и/или многоотструительного устройства. [ 63 ] Это может привести к эффективности, превышающей предел Shockley-quiesser, составляющий приблизительно 42% эффективность для полупроводникового солнечного элемента с одним соединением при освещении с одним искушением. [ 86 ]

Клетка с несколькими соединениями-это та, которая включает в себя несколько полупроводниковых активных слоев с различными полосами. В типичном солнечном элементе используется единственный поглотитель с полосовой полосой рядом с пиком солнечного спектра, и любые фотоны с энергией, превышающей или равны полосовой зоне, могут возбуждать электроны валентности в полосу проводимости для создания электронных хол. Полем Тем не менее, любая избыточная энергия над энергией Ферми будет быстро рассеивается из-за термализации, что приведет к потере напряжения из-за невозможности эффективного извлечения энергии фотонов с высокой энергией. Клетки с несколькими соединениями способны возмещать часть этой энергии, потерянной для термализации, укладывая множественные слои поглотителя друг на друга, а верхний слой поглощает фотоны с самым высоким энергией и позволяя нижней энергии фотоны проходить к нижним слоям с меньшими полосами , и так далее. Это не только позволяет клеткам захватывать энергию у фотонов в большем диапазоне энергий, но также извлекает больше энергии на фотон из фотонов с более высокой энергией. [ Цитация необходима ]

Concentor Photovoltaics использует оптическую систему линз, которые расположены на вершине ячейки, чтобы фокусировать свет с большей площади на устройство, аналогичную воронке для солнечного света. В дополнение к созданию большего количества электрон-лучевых пар просто путем увеличения количества фотонов, доступных для поглощения, более высокая концентрация носителей заряда может повысить эффективность солнечной батареи путем повышения проводимости. Добавление концентратора к солнечному элементу может не только повысить эффективность, но также может уменьшить пространство, материалы и стоимость, необходимые для производства ячейки. [ 87 ]

Оба эти метода используются в солнечном элементе с самой высокой эффективностью по состоянию на 2023 год, которая представляет собой ячейку концентратора с четырьмя перекрестками с эффективностью 47,6%. [ 1 ]

Лучшая эффективность солнечных батарей и концентратор (обновлена ​​27.03.2023)
Тип солнечного элемента Лучшая эффективность (%)
4+ концентратор соединения
47.6 (GAINP/SANGET/GAINEL)
Концентратор с 3 соединениями
44.4 (GAINP/GAAS/GAINAS)
3-подключаемое неконцентратор
39,46 (GAINP/MQW-GAAS/GAINAS)
4+ Junction неконцентратор
39,2 (Altaainp/Algaas/Gas/Gas)
Концентратор 2 соединения
35,5 (gainasp/gainas)
2-й соединение неконцентратор
32,9 (GAINP/GAAS)
Перовскит/Si тандем
32.5
Концентратор Гааса
30.8
Си-каристаллический концентратор SI
27.6
СИ Хит
26.81
Перовскит/Сигс тандем
24.2
CIGS Concentor
23.3
Органический тандем
14.2 (PDTB-EF-T/IT-4F)

Данные из NREL 2023 Лучший набор данных по эффективности исследовательских клеток.

Увеличение поглощения

[ редактировать ]

Было использовано несколько методов увеличения количества света, который входит в ячейку, и уменьшить количество, которое уходит без поглощения. Наиболее очевидным методом является минимизация верхнего контактного покрытия поверхности ячейки, уменьшая область, которая блокирует свет от достижения ячейки.

Слабо поглощенный длинный свет длины волны может быть наклонно связан в кремний и несколько раз пересекает пленку, чтобы улучшить поглощение. [ 88 ] [ 89 ]

Было разработано несколько методов для увеличения поглощения за счет уменьшения количества падающих фотонов, отраженных вдали от поверхности клетки. Дополнительное анти-рефлексивное покрытие может вызвать разрушительное помехи в клетке путем модуляции показателя преломления поверхностного покрытия. Разрушительные помехи устраняют отражающую волну, вызывая весь падающий свет попасть в ячейку.

Текстурирование поверхности является еще одним вариантом для увеличения поглощения, но увеличивает затраты. Применяя текстуру на поверхность активного материала, отраженный свет можно повторно повторно ударить по поверхности, тем самым уменьшая отражательную способность. Например, текстурирование черного кремния путем реактивного ионного травления (RIE) является эффективным и экономическим подходом для увеличения поглощения тонкопленочных кремниевых солнечных элементов. [ 90 ] Текстурированный обратный отражатель может предотвратить сбежать света через заднюю часть ячейки. Вместо того, чтобы наносить текстурирование на активных материалах, фотонные микроструктурированные покрытия, нанесенные на передний контакт клеток слои (тем самым предотвращающие увеличение рекомбинации). [ 91 ] [ 92 ]

Помимо поверхностного текстурирования, плазмонная схема запечатлевания света привлекла большое внимание к улучшению фототока в тонкоплентных солнечных элементах. [ 93 ] [ 94 ] Этот метод использует коллективное колебание возбужденных свободных электронов в наночастицах благородных металлов, на которые влияют форма частиц, размер и диэлектрические свойства окружающей среды. Применение наночастиц благородных металлов на задней части тонкопленочных солнечных элементов приводит к образованию плазмонных задних отражателей, что позволяет усилить широкополосную фототокура. [ 95 ] Это является результатом как рассеяния света, которые слабо поглощенные фотоны из наночастиц с задним локацией, а также улучшенное инкарнацию света (геометрическое антирефлексирование), вызванное полусферическим гофрированием на передней поверхности клеток, образованной из конфимального осаждения клеток Материалы над частицами. [ 96 ]

В дополнение к минимизации отражающей потерь, сам материал солнечного элемента может быть оптимизирован, чтобы иметь более высокую вероятность поглощения фотона, который его достигнет. Методы тепловой обработки могут значительно повысить качество кристаллов кремниевых ячеек и тем самым повысить эффективность. [ 97 ] Слои с тонкими пленками для создания солнечного элемента с несколькими соединениями также можно сделать. Расширение каждого слоя может быть спроектирована, чтобы наилучшим образом поглощать различный диапазон длин волн, так что вместе они могут поглощать больший спектр света. [ 98 ]

Дальнейшее продвижение в геометрических соображениях может использовать наноматериальную размерность. Большие параллельные массивы нанопроволоков позволяют длинные длины поглощения вдоль длины провода, сохраняя при этом длины диффузии с коротким меньшинством вдоль радиального направления. [ 99 ] Добавление наночастиц между нанопроволоками позволяет проводиться. Естественная геометрия этих массивов образует текстурированную поверхность, которая ловит больше света.

Производство, стоимость и рынок

[ редактировать ]

Глобальный рынок PV по технологиям в 2021 году. [ 2 ]

  Mono-Si (82,3%)
  Multi-Si (12,7%)
  CDTE (4,1%)
  CIGS (0,8%)
  A-SI (0,1%)

Американский коммунальный рынок PV по технологиям в 2021 году. [ 3 ]

  c -i (69%)
  CDTE (29%)
  Другое (включая CIGS и A-SI ) (2%)

С учетом достижений в области технологии традиционного кристаллического кремния (C-SI) в последние годы и падения затрат на сырье Polysilicon , которая последовала после периода серьезной глобальной нехватки, давление на производителей коммерческих технологий тонкой пленки, в том числе аморфных тонких -FILM Кремний (A-SI), кадмий теллурид (CDTE) и медный индий-галлий-рассеитель (CIGS), что приводит к банкротству нескольких компаний. [ 100 ] По состоянию на 2013 год производители тонких фильмов продолжают сталкиваться с ценовой конкуренцией со стороны китайских нефтеперерабатывателей кремния и производителей обычных солнечных батарей C-Si. Некоторые компании (неплатежеспособны) вместе с их патентами были проданы китайским фирмам ниже стоимости. [ 101 ]

Доля рынка

[ редактировать ]

В 2013 году на технологии на тонкоплетениях приходилось около 9 процентов развертывания по всему миру, в то время как 91 процент проводился кристаллическим кремнием ( Mono-Si и Multi-Si ). С 5 процентами от общего рынка CDTE владеет более чем половиной рынка тонкой пленки, оставляя 2 процента для каждого CIGS и аморфного кремния. [ 33 ] : 18–19 

CIGS Technology

[ редактировать ]

Несколько видных производителей не смогли выдержать давление, вызванное достижениями в обычной технологии C-Si в последние годы. Компания Solyndra прекратила всю деловую деятельность и подала заявку на банкротство в главе 11 в 2011 году, а Nanosolar , также производитель CIGS, закрыла свои двери в 2013 году. Хотя обе компании производили солнечные элементы CIGS, было указано, что неудача не должна к технологии, а скорее из -за самих компаний, используя ошибочную архитектуру, такую ​​как, например, цилиндрические субстраты Солиндры. [ 102 ] В 2014 году корейская электроника LG завершила исследование реструктуризации его солнечного бизнеса, и Samsung SDI решила прекратить производство CIGS, в то время как китайский производитель PV Hanergy, как ожидается, увеличит производственные мощности их 15,5% эффективных, 650 мм × 1650 мм. модули. [ 103 ] [ 104 ] Одним из крупнейших производителей Photovoltaics CI (G) является японская компания Solar Frontier с производственной мощностью в масштабе Гигаватт. [ 105 ] (Также см. Список компаний CIGS ) .

Технология CDTE

[ редактировать ]

Компания First Solar , ведущий производитель CDTE, строил несколько крупнейших в мире солнечных станций , таких как солнечная ферма Desert Sunlight и солнечная ферма Topaz , как в калифорнийской пустыне с мощностью 550 МВт, а также в Австралии 102-мегаватт Солнечный завод Nyngan в Австралии, крупнейшей электростанции PV в южном полушарии, введена в эксплуатацию в 2015 году. [ 106 ]

В 2011 году GE объявил о планах потратить 600 миллионов долларов на новую солнечную заводу CDTE и выйти на этот рынок, [ 107 ] А в 2013 году First Solar приобрела портфель интеллектуальной собственности GE в GE и создал деловое партнерство. [ 108 ] В 2012 году Solar , производитель модулей Cadmium Telluride , обанкротился. [ 109 ]

A-SI Technology

[ редактировать ]

В 2012 году ECD Solar , когда-то ведущего в мире производителя аморфного кремния (A-SI), поданного на банкротство в Мичигане, США. Швейцарский OC Oerlikon предоставил его солнечное разделение , которое продуцировало тандемные клетки A-SI/μC-SI на Tokyo Electron Limited . [ 110 ] [ 111 ]

Другие компании, которые покинули рынок тонкопленочного кремния в кремниевых фильмов, включают DuPont , BP , Flexcell, Inventux, Pramac, Schuco, Sencera, Epv Solar, [ 112 ] NovaSolar (с формирования Optisolar) [ 113 ] и Suntech Power , которая прекратила производство модулей A-SI в 2010 году, чтобы сосредоточиться на обычных кремниевых солнечных панелях. В 2013 году Suntech подала на банкротство в Китае. [ 114 ] [ 115 ] В августе 2013 года спотовая рыночная цена тонкопленочного A-SI и A-Si/μ-Si упала до 0,36 и 0,46 евро соответственно [ 116 ] (около 0,50 долл. США и 0,60 долл. США) за ватт. [ 117 ]

Тонкая пленка Солнечная на металлических крышах

[ редактировать ]
Тонкая пленка Солнечная, бегущая вниз по стоянке металлическая крыша

С повышением эффективности тонкоплентной солнечной энергии установка их на металлических крышах стоящих швов стала конкурентоспособной затрат с традиционными монокристаллическими и поликристаллическими солнечными элементами . Тонкие пленочные панели гибкие, бегут по металлическим крышам с стоячими швами и прилипайте к металлической крыше с помощью клея , поэтому для установки не требуются отверстия. Соединительные провода работают под крышкой гребня в верхней части крыши. Эффективность варьируется от 10-18%, но стоит всего около 2,00-3,00 долл. США за ватт установленных мощностей по сравнению с монокристаллином, что составляет 17-22% и стоит 3,00-3,50 долл. США за ватт установленных мощностей. Тонкопленка солнечная энергия-это легкий вес при 7-10 унциях на квадратный фут. Тонкоплентные солнечные панели в течение 10–20 лет [ 118 ] Но имеют быстрее рентабельность инвестиций , чем традиционные солнечные батареи, металлические крыши длится 40–70 лет до замены по сравнению с 12–20 лет для асфальтовой крыши. [ 119 ] [ 120 ]

Стоимость различных типов солнечной крыши
Тип [ 120 ] Стоимость за ватт Эффективность Средняя стоимость системы 6 кВт
Поликристаллический $2.80-$3.00 13-17% $17,400
Монокристаллический $3.00-$3.50 17-22% $19,000
Тонкие пленочные панели $2.00-$3.00 10-18% $17,000

В 1998 году ученые из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) предсказали, что производство тонкопленочных фотоэлектрических систем по цене 50 долларов США за м. 2 Можно когда -нибудь быть возможным, что сделало бы их чрезвычайно экономически жизнеспособными. По этой цене тонкопленочные фотоэлектрические системы принесут возврат инвестиций в размере 30% или более. [ 121 ]

Чтобы помочь достичь этой цели, в 2022 году NREL начал применять консорциум акселератора кадмия Теллурида (CTAC) с целью обеспечения эффективности тонкой пленки выше 24% с стоимостью ниже 20 центов на ватт к 2025 году, а затем эффективность выше 26% и стоимость ниже 15 центов за ватт к 2030 году. [ 122 ]

Долговечность и жизнь

[ редактировать ]

Одним из значительных недостатков тонкопленочных солнечных элементов по сравнению с моно-кристаллическими модулями является их более короткий срок службы, хотя степень, в которой это проблема, варьируется в зависимости от материала с более установленными тонкопленочными материалами, обычно имеющими более длительные срок службы. Стандартное время жизни моно -кристаллических кремниевых панелей обычно принимается в течение 30 лет [ 79 ] с показателями снижения производительности около 0,5% в год. [ 123 ] Аморфные кремниевые тонкие пленки, как правило, имеют сопоставимые времена жизни клеток [ 79 ] с немного более высокими показателями снижения производительности около 1% в год. [ 123 ] Халкогенидные технологии, такие как CIGS и CIS, имеют тенденцию иметь сходные срок службы 20–30 лет [ 34 ] [ 63 ] и показатели деградации производительности чуть более 1% в год. [ 123 ] Новые технологии, как правило, имеют более низкую жизнь. Органическая фотоэлектрическая карта была максимально зарегистрированной срок службы 7 лет и в среднем 5 лет в 2016 году, [ 67 ] Но типичные срок службы увеличились до диапазона 15–20 лет по состоянию на 2020 год. [ 124 ] Аналогичным образом, чувствительные к красите клетки имели максимальное время срока службы в течение 10 лет в 2007 году, [ 34 ] Но типичные жизни увеличились до 15–30 лет по состоянию на 2020 год. [ 124 ] Клетки перовскита, как правило, имеют короткие сроки, причем 5 лет является типичным временем жизни по состоянию на 2016 год. [ 68 ] Время жизни солнечных элементов квантовой точки неясно из -за их развивающейся природы, причем некоторые прогнозирующие срок службы достигают 25 лет. [ 34 ] и другие устанавливают реалистичную жизнь как где -то от 1 до 10 лет. [ 124 ]

Некоторые тонкопленочные модули также имеют проблемы с деградацией в различных условиях. Почти все солнечные элементы испытывают снижение производительности с повышением температуры в разумном диапазоне рабочих температур. Установленные тонкопленочные материалы могут испытывать меньшее снижение характеристик, зависимое от температуры, при этом аморфный кремний немного более устойчив, чем моно-кристаллический кремний, сиггам, более устойчивые, чем аморфный кремний, и CDTE, демонстрируя наилучшую устойчивость к снижению производительности с температурой. [ 80 ] Сенсибилизированные красителем солнечные элементы особенно чувствительны к рабочей температуре, так как высокие температуры могут привести к утечке раствора электролита, а низкие температуры могут привести к замораживанию, оставив клетку неработающей. Клетки перовскита также имеют тенденцию быть нестабильными при высоких температурах и могут даже подвергаться структурным изменениям, которые влияют на работу устройств. [ 64 ] Помимо индуцированной температурой деградации, аморфные кремниевые панели дополнительно испытывают индуцированную светом деградацию, как и органические фотоэлектрические клетки в еще большей степени. [ 123 ] [ 64 ] Квантовые точечные ячейки разлагаются при воздействии влаги или ультрафиолетового излучения. Точно так же клетки перовскита химически нестабильны и разлагаются при воздействии высоких температур, света, влаги или ультрафиолетового излучения. [ 64 ] Органические клетки также обычно считаются несколько нестабильными, [ 64 ] Хотя улучшение было сделано в органических клетках долговечности, и по состоянию на 2022 год были разработаны гибкие органические клетки, которые могут быть развернуты 500 раз без значительных потерь производительности. [ 125 ] В отличие от других тонкопленочных материалов, CDTE имеет тенденцию быть довольно устойчивыми к условиям окружающей среды, таких как температура и влажность, но гибкие панели CDTE могут испытывать деградацию производительности при приложенных напряжениях или штаммах. [ 64 ]

Воздействие на окружающую среду и здоровье

[ редактировать ]

Для достижения международных целей возобновляемых источников энергии всемирная солнечная мощность должна значительно увеличиться. Например, чтобы не отставать от цели Международного энергетического агентства в 4674 ГВт солнечных мощностей, установленных во всем мире к 2050 году, к 2022 году требуется значительное расширение, установленное во всем мире. [ 126 ] Поскольку тонкопленочные солнечные элементы стали более эффективными и коммерчески жизнеспособными, стало ясно, что они будут играть важную роль в достижении этих целей. Таким образом, становится все более важным для понимания их кумулятивного воздействия на окружающую среду, как для сравнения между существующими технологиями, так и для выявления ключевых областей для улучшения развития технологий. Например, чтобы оценить влияние относительно более короткого времени жизни устройства по сравнению с установленными солнечными модулями и выяснить, оказывает ли повышение эффективности или увеличение времени жизни устройства значительное влияние на общее воздействие технологий на окружающую среду. Помимо ключевых факторов, таких как выбросы парниковых газов (ПГ) , были подняты вопросы о воздействии на окружающую среду и здоровье потенциально токсичных материалов, таких как кадмий, которые используются во многих солнечных технологиях. Многие ученые и экологи использовали анализ жизненного цикла как способ решения этих вопросов. [ 77 ]

Анализ жизненного цикла

[ редактировать ]

Анализ жизненного цикла (LCA) - это семейство подходов, которые пытаются оценить общее воздействие продукта или процесса на окружающую среду, от сбора сырья и производственного процесса до утилизации результата и любого отходы. Хотя подходы LCA стремятся быть беспристрастными, результат исследований LCA может быть чувствительным к конкретному подходу и используемым данным. Поэтому важно, чтобы результаты LCA четко указывали, что предположения сделаны любыми, какие процессы включены и исключены. Это часто указывается с использованием структуры инвентаризации системы и жизненного цикла. Из -за новой природы новых фотоэлектрических технологий процесс утилизации иногда может быть исключен из анализа жизненного цикла из -за высокой неопределенности. В этом случае оценка называется «колыбелью к воротам», а не «колыбелью на гору», поскольку рассчитанное воздействие не покрывает весь жизненный цикл продукта. Однако такие исследования могут упустить важные Воздействие на окружающую среду от процесса утилизации, как негативные (как в случае сжигания клеток в конце жизни и отходов), так и положительных (как в случае переработки ). Также важно включать в себя эффект шагов баланса обслуживания (BOS), которые включают в себя транспортировку, установку и техническое обслуживание, поскольку они также могут быть дорогостоящими с точки зрения материалов и электроэнергии. [ 77 ]

Исследования LCA могут быть использованы для количественной оценки многих потенциальных воздействий на окружающую среду, от землепользования до транспортных выбросов. Категории воздействия на окружающую среду могут быть сгруппированы в так называемые факторы воздействия для стандартизированного количественного сравнения. Для солнечных элементов, пожалуй, наиболее важным фактором воздействия - это общее излучение парниковых газов (ПГ) в течение всего срока службы . Об этом часто сообщается с точки зрения потенциала глобального потепления (GWP), который дает более прямую индикацию воздействия на окружающую среду. [ 63 ]

Другой важной мерой воздействия на окружающую среду является основной спрос на энергию (PED), которая измеряет энергию (обычно электроэнергию), необходимую для производства конкретного солнечного элемента. Более полезной мерой может быть совокупный спрос на энергию (CED), которая количественно определяет общее количество энергии, необходимой для производства, использования и утилизации конкретного продукта в течение всего срока службы. В связи с тем, что время окупаемости энергии (EPBT) измеряет время эксплуатации, необходимое для солнечного элемента, чтобы произвести достаточно энергии, чтобы учесть его совокупный спрос на энергию. Аналогичным образом, время окупаемости углерода (CPBT) измеряет время работы, необходимое для солнечного элемента для производства достаточного количества электроэнергии, чтобы избежать выбросов углерода от того же количества электроэнергии, производимой с помощью обычной энергетической смеси, равна количеству выбросов углерода, которые ячейка будет генерировать за всю жизнь. Другими словами, CPBT измеряет время, которое необходимо работать солнечным элементом, чтобы смягчить свои собственные выбросы углерода. [ 67 ]

Эти величины зависят от многих факторов, в том числе там, где солнечные элементы изготавливаются и развернуты, поскольку типичная энергетическая смесь варьируется от места к месту. Следовательно, выбросы, связанные с электричеством от производственного процесса, а также избегаемые выбросы, связанные с электроэнергией, от электричества, генерируемого солнечной энергией во время работы ячейки, могут варьироваться в зависимости от конкретного модуля и применения. Выбросы из ячейки могут также зависеть от того, как развертывается модуль не только из -за затрат на сырье и энергии, связанных с производством монтажного оборудования, но и из -за любых выбросов из замененных строительных материалов, как в случае строительства -Интегрированная фотоэлектрическая фотоэлектрика, где солнечные батареи могут заменить строительные материалы, такие как крыша. [ 79 ]

Хотя воздействие, связанное с энергопотреблением, и связанные с выбросами, жизненно важны для оценки и сравнения между технологиями, они не являются единственными важными величинами для оценки воздействия солнечных элементов на окружающую среду. Другие важные факторы воздействия включают токсичных тяжелых металлов выбросы , истощение металлов, токсичность человека, различную экотоксинность (морская, пресная, наземная) и потенциал подкисления , которые измеряют эмиссию серы и оксидов азота. [ 67 ] [ 34 ] Включение широкого спектра воздействия на окружающую среду в анализе жизненного цикла обязательно для минимизации вероятности воздействия на окружающую среду от выдающегося фактора воздействия, такого как выбросы парниковых газов, к менее заметному, но все еще значимому фактору воздействия, такого как токсичность человека. [ 77 ]

Выбросы парниковых газов

[ редактировать ]

Используя установленные солнечные батареи моно-кристаллического кремния в качестве ориентира в качестве эталона, некоторые тонкопленочные солнечные элементы, как правило, оказывают более низкое воздействие на окружающую среду на большинство факторов воздействия, однако низкая эффективность и краткосрочные сроки могут увеличить воздействие новых технологий на окружающую среду выше, чем у первых первых генеральные ячейки. Стандартизированная мера выбросов парниковых газов отображается на графике в единицах граммов эквивалентных выбросов CO 2 на киловатт-часа производства электроэнергии для различных тонкопленочных материалов. [ 34 ] [ 79 ] [ 124 ] Кристаллический кремний также включен для сравнения.

Только с точки зрения выбросов парниковых газов, две наиболее распространенные тонкопленочные технологии, аморфный кремний и CDTE, имеют значительно более низкий потенциал глобального потепления (GWP), чем моно-кристаллические солнечные батареи, с аморфными кремниевыми панелями, имеющими GWP примерно на 1/3. и cdte почти на 1/2 ниже. [ 68 ] [ 79 ] Органические фотоэлектрические фотоэлектрики имеют наименьший GWP всех тонкопленочных фотоэлектрических технологий, с более чем на 60% более низким GWP, чем моно-кристаллический кремний. [ 67 ]

Тем не менее, это не так для всех тонкопленочных материалов. Для многих новых технологий низкая эффективность и время жизни коротких устройств могут вызвать значительное увеличение воздействия на окружающую среду. Как новые халкогенидные технологии, так и установленные халкогенидные технологии, такие как CI и CIS, обладают более высоким потенциалом глобального потепления, чем моно-кристаллический кремний, как и солнечные батареи, чувствительные к красителю и квантовые точки. Для халкогенидных клеток на основе суримии, благоприятных для их использования менее токсичных материалов в производственном процессе, низкой эффективности и, следовательно Превзойти моно -кристаллический кремний во всех соответствующих факторах воздействия на окружающую среду. Поэтому повышение эффективности для этих и других появляющихся халкогенидных клеток является приоритетом. [ 63 ] Низкая реализованная эффективность также является движущим фактором, стоящим за относительно большим GWP солнечных элементов квантовой точки, несмотря на потенциал для этих материалов демонстрировать множественное образование экситона (MEG) от одного фотона. Более высокая эффективность также позволит использовать более тонкий активный слой, снижая обоих затрат на материалы для самих квантовых точек и экономии на материалах и выбросах, связанных с инкапсуляционным материалом. Реализация этого потенциала и тем самым повышение эффективности также является приоритетом для снижения воздействия этих клеток на окружающую среду. [ 34 ]

Для органических фотоэлектрических лиц короткие сроки - вместо этого движущим фактором, стоящим за GWP. Несмотря на общую впечатляющую производительность OPV по сравнению с другими солнечными технологиями, при рассмотрении рассмотрения колыбели к ура составляют снижение выбросов парниковых газов на 97% по сравнению с моно-кристаллическим кремнием и снижением 92% по сравнению с тонкими пленками из аморфного кремния. Это значительно лучше, чем снижение на 60% по сравнению с моно -кристаллическим кремнием в настоящее время реализовано, и, следовательно, улучшение времени жизни OPV является приоритетом для снижения общего воздействия на окружающую среду. [ 67 ] Для солнечных элементов перовскита, с коротким сроком службы всего около пяти лет, этот эффект может быть еще более значительным. Солнечные клетки перовскита (не включенные в диаграмму), как правило, имеют значительно больший потенциал глобального потепления, чем другие тонкопленочные материалы в LCA Cradle-Crave, примерно в 5-8 раз хуже, чем моно-кристаллический кремний при 150G CO 2-EQ /KWH. Однако в LCA от класса до погружения клетки перовскита работают на 10-30% ниже, чем монокристаллический кремний, подчеркивая важность повышенного воздействия на окружающую среду, связанное с необходимостью производства и утилизации множественных панелей перовскита для получения того же количества Электричество как единая моно -кристаллическая кремниевая панель из -за этого короткого срока службы. Поэтому увеличение срока службы перовскитных солнечных модулей является главным приоритетом для снижения их воздействия на окружающую среду. [ 68 ] Другие возобновляемые источники энергии, такие как ветер, ядерная и гидроэнергетика, могут достичь меньшего GWP, чем некоторые технологии PV. [ 34 ]

Важно отметить, что, хотя появляющиеся тонкопленочные материалы не превосходят моно-кристаллические кремниевые клетки с точки зрения потенциала глобального потепления, они по-прежнему составляют гораздо более низкие выбросы углерода, чем невозобновляемые источники энергии, которые имеют потенциалы глобального потепления, начиная от сравнительно чистого природного газа. с 517G CO 2-EQ /KWH к худшему лигниту загрязняющих загрязняющих веществ с более чем 1100G CO 2-EQ /KWH. Тонкие клетки также значительно превосходят типичную энергетическую смесь, которая часто находится в диапазоне 400-800G CO 2-EQ /KWH. [ 79 ]

Потенциал глобального потепления с помощью технологии тонкой фильма
PV Technology GWP (G CO 2-EQ /KWH)
DSPV
59.8
Чезе
53.3
Цис -
43.4
SB 2 SE 3
40.7
SB 2 S 3
40.5
CZTS
36.6
CZTSE
34.9
QDPV
34.6
Zn 3 P 2
30
Сигар
27.1
m -i*
25.5
A -i
15.7
CDTE
14.1
Opv
9.55

*Не тонкопленка, предоставленная для сравнения
Данные от, [ 124 ] [ 63 ] [ 68 ] [ 34 ] [ 79 ] [ 67 ]
Когда были доступны данные из более одного раза, использовались среднее значение точек.

Крупнейшим участником большинства факторов воздействия, включая потенциал глобального потепления, почти всегда используется энергией в процессе производства, что значительно перевешивает другие потенциальные источники воздействия на окружающую среду, такие как стоимость транспорта и материал. [ 79 ] Например, для ячеек CIGS приходится 98% потенциала глобального потепления, большинство из которых обусловлено специальным производством слоя поглотителя. [ 63 ] В целом, для процессов, которые включают осаждение металлов, это часто является особенно значимой точкой для воздействия на окружающую среду. [ 77 ] Для квантовой точечной фотоэлектрической фотоэлексии, утилизация опасных отходов для растворителей, используемых в процессе производства, также значительно способствует. [ 34 ] Уровень потенциала глобального потепления, связанный с использованием электроэнергии, может значительно варьироваться в зависимости от местного производства, в частности, доля возобновляемых до невозобновляемых источников энергии, используемых в локальной энергетической смеси. [ 79 ]

Время окупаемости энергии

[ редактировать ]

В целом, тонкие пленки требуют меньше энергии, чем моно-кристаллические кремниевые панели, [ 79 ] Тем более, что некоторые появляющиеся технологии тонкопленочных технологий имеют потенциал для эффективной и дешевой обработки рулона . [ 34 ] В результате тонкопленочные технологии имеют тенденцию к тому, что моно-кристаллический кремний с точки зрения времени окупаемости энергии, хотя аморфные кремниевые панели являются исключением. Тонкопленочные клетки обычно имеют более низкую эффективность, чем моно-кристаллические солнечные элементы, поэтому этот эффект в значительной степени обусловлен сравнительно более низкой первичной потребностью в энергии (PED), связанной с продуцированием клеток.

Время окупаемости энергии для солнечной энергии
PV Technology EPBT (годы)
A -i
2.75
м -и
2.39
Цис -
1.88
Перовский
1.25
Opv
1.21
DSPV
1.19
QDPV
0.99
CDTE
0.738

*Не тонкопленка, предоставленная для сравнения
Данные от, [ 124 ] [ 34 ] [ 79 ] [ 67 ]
Когда был предоставлен диапазон EPBT, сообщалось о средней точке диапазона.

Применение, в котором используются модули, и процесс утилизации (если таковые имеются) для материалов, также может играть большую роль в общей энергоэффективности и выбросах парниковых газов в течение времени срока службы ячейки. Интеграция модулей в конструкцию здания может привести к значительному снижению воздействия клеток на окружающую среду из-за избегания выбросов, связанных с производством обычных строительных материалов, например, избегание выбросов от производства крыши для здания, интегрированной на солнечной энергии. [ 79 ] Этот эффект особенно важен для тонкопленочных солнечных элементов, чья легкая и гибкая природа естественным образом поддается фотоэлектрическому зданию. [ 77 ] На 70-90% меньшие выбросы в портативных приложениях зарядки. [ 67 ] Этот эффект также сохраняется и для некоторых других применений, например, органические фотоэлектрические выбросы на 55% ниже, чем кристаллический кремний в приложениях солнечных панелей. Аналогичным образом, избегание выбросов от рециркуляции солнечных батарейных компонентов, а не сбора и обработки новых материалов может привести к значительному совокупному потреблению энергии и выбросам парниковых газов. Процессы переработки доступны для нескольких компонентов моно -кристаллических солнечных элементов, а также для стеклянного субстрата, CDTE и CDS в солнечных элементах CDTE. [ 124 ] Для панелей без процессов утилизации, особенно для панелей с коротким сроком службы, таких как органическая фотоэлектрическая фотоэлектрика, утилизация панелей может значительно способствовать воздействию на окружающую среду, и может быть небольшая разница в факторах воздействия на окружающую среду, если панель сжигается или отправлена ​​на свалку. [ 67 ]

Выбросы тяжелых металлов и токсичность человека

[ редактировать ]

Хотя выбор материала и добыча не играют большой роли в потенциале глобального потепления, когда использование электроэнергии в производственном процессе почти универсально является крупнейшим участником, он часто оказывает значительное влияние на другие важные факторы воздействия на окружающую среду, включая токсичность человека, тяжелый металл. выбросы, подкисление потенциал, а также истощение металлов и озона.

Токсичность человека и выбросы тяжелых металлов являются особенно важными факторами воздействия для тонкопленочных солнечных батарей, поскольку потенциальный эффект использования кадмия на окружающую среду и здоровь Опасности кадмий-содержащих соединений не были понятными. [ 127 ] Общественное беспокойство по поводу солнечных элементов CDTE продолжается, поскольку они стали более распространенными. [ 128 ] Кадмий - очень опасный материал [ 129 ] Это вызывает повреждение почек, кости и легких и, как полагают, увеличивает риск развития рака. [ 130 ] Первоначально все соединения, содержащие кадмия, были классифицированы как опасные, хотя теперь мы знаем, что, несмотря на то, что CD и TE опасны отдельно, комбинированный CDTE очень химически стабилен [ 25 ] с низкой растворимостью и представляет минимальный риск для здоровья человека. [ 127 ]

CD Feedstock представляет больший риск, как и предшественники, такие как CDS, и ацетат кадмия, которые часто используются и в других фотоэлектрических клетках, а также часто способствуют значительному вклад в факторы воздействия на окружающую среду, такие как токсичность человека и излучение тяжелых металлов. [ 63 ] Эти эффекты могут быть более выраженными для процессов наножиров, которые производят ионы CD в растворе, такие как производство квантовых точек для QDPV. [ 34 ] Благодаря этим эффектам, на самом деле видно, что производство солнечных батарей CDTE имеет более низкие выбросы тяжелых металлов, чем другие тонкопленочные солнечные производства. Фактически, выработка CDTE имеет более низкую излучение кадмия, чем ленточный кремний, мультикристаллический кремний, монокристаллический кремний или квантовое производство PV, а также более низкое излучение никеля, ртути, мышьяка, хрома и свинца. [ 34 ] С точки зрения общих выбросов тяжелых металлов, квантовая точка PV имеет самые высокие выбросы фотоэлектрических материалов с приблизительно 0,01 мг/кВтч, но все же имеет более низкий общий излучение тяжелых металлов, чем любой другой возобновляемый или невозобновляемый источник электроэнергии, как показано на графике.

Общее выбросы тяжелых металлов по источнику электроэнергии
Источник энергии Общие выбросы тяжелых металлов (мг/кВтч)
Масло
3.9
Ветер
0.61
Дизель
0.32
Уголь
0.24
Лигнит
0.22
Ядерный
0.13
Гидро
0.039
Природный газ
0.029
QDPV
0.010

Данные от [ 34 ]

Желание облегчить проблемы безопасности в отношении солнечных элементов кадмия и CDTE, в частности, вызвало развитие других халкогенидных фотоэлектрических материалов, которые нетоксичны или менее токсичны, особенно халкогениды на основе сурьмы. В этих появляющихся халкогенидных клетках использование CDS является наибольшим вкладом в такие факторы воздействия, такие как токсичность человека и истощение металлов, хотя нержавеющая сталь также вносит значительный вклад в влияние этих и других фотоэлектрических материалов. Например, в клетках CIGS нержавеющая сталь составляет 80% от общей токсичности, связанной с выработкой клеток, а также вносит значительный вклад в истощение озона. [ 63 ]

Человеческая токсичность производства электроэнергии
Источник энергии HT (кг 1,4 дБ Уравнение /кВтч)
Лигнит
1.9
Уголь
0.24
Чезе
0.018
Перовский
0.018
SB 2 SE 3
0.018
SB 2 S 3
0.018
CZTS
0.013
CZTSE
0.012
м -и
0.0069
Opv-d
0.0021

Данные от, [ 63 ] [ 68 ] [ 67 ] [ 131 ]

Другим потенциальным фактором воздействия, представляющим интерес для производства PV, является потенциал подкисления, который количественно определяет излучение серы и оксидов азота, которые способствуют подкислению почвы , пресной воды и океана и их негативного воздействия на окружающую среду. В этом отношении QDPV имеет самые низкие выбросы, причем CDTE является близкой секундой. [ 34 ]

Смотрите также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а беременный «Лучшая диаграмма эффективности исследовательских клеток» . www.nrel.gov . Получено 5 апреля 2023 года .
  2. ^ Jump up to: а беременный «Отчет о фотоэлектрической форме» (PDF) . Фраунхофер Институт солнечных энергетических систем, ISE.
  3. ^ Jump up to: а беременный Фельдман, Дэвид; Оболочка, Криста; Джаретт, Зубуя; Марголис, Роберт (12 июля 2022 года). «Обновление солнечной индустрии лета 2022 года» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии .
  4. ^ Маду, Марк Дж. (2011). От MEMS до био-мемов и био-немем: методы производства и применения . CRC Press. п. 246. ISBN  9781439895245 .
  5. ^ «Нобелевская премия по физике 2000» . Nobelprize.org . Получено 27 марта 2023 года .
  6. ^ «История» . Институт преобразования энергии . Архивировано из оригинала 27 марта 2023 года . Получено 26 марта 2023 года .
  7. ^ «Карл Вольфганг Бёер Документы | Рукопись и архивная коллекция Поиск СПИДа» . Library.udel.edu . Получено 27 марта 2023 года .
  8. ^ Лэндис, Джеффри А.; Бейли, Шейла Г.; Фол, Деннис Дж. (5 июня 1989 г.). «Достижения в тонкопленочных солнечных элементах для легкой космической фотоэлектрической мощности» (PDF) . Сервер технических отчетов НАСА (NTRS) . Национальная авиационная и космическая администрация (НАСА), исследовательский центр Льюиса.
  9. ^ Уоллес, WL; Sabisky, ES (август 1986 г.). «Статус и будущее аморфного кремния в Соединенных Штатах, поддерживаемом правительством» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) .
  10. ^ «История солнечной» (PDF) . Министерство энергетики США Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии . Архивировано (PDF) из оригинала 11 сентября 2021 года . Получено 26 марта 2023 года .
  11. ^ Уоттс, RL; Смит, СА; Диркс, JA (апрель 1985 г.). «Прогресс фотоэлектрической отрасли до 1984 года» (PDF) . Министерство энергетики США Управление научной и технической информации . doi : 10.2172/56858828 . Получено 26 марта 2023 года . {{cite journal}}: Неизвестный параметр |agency= игнорируется ( помощь )
  12. ^ Jump up to: а беременный в «История солнечной» (PDF) . Министерство энергетики США Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии . Архивировано (PDF) из оригинала 11 сентября 2021 года . Получено 26 марта 2023 года .
  13. ^ «Самый эффективный солнечный элемент мира» . www.nrel.gov . Получено 27 марта 2023 года .
  14. ^ «4 Таймс -сквер здания - интегрированная фотоэлектрическая система» (PDF) . Поцелуй + cathcart, архитекторы . Получено 26 марта 2023 года .
  15. ^ Bauhuis, GJ; Малдер, П.; Шермер, JJ; Haverkamp, ​​EJ; Дилен, Дж. Ван; Ларсен, П.К. (2005). «Высокоэффективная тонкая пленка солнечные элементы GAAS с улучшенной радиационной твердостью» . 20 -я европейская конференция фотоэлектрической солнечной энергии : 468–471.
  16. ^ Jump up to: а беременный Камат, Прашант В. (18 октября 2008 г.). «Квантовые точечные солнечные элементы. Полупроводниковые нанокристаллы в виде световых комбайнов» . Журнал физической химии c . 112 (48): 18737–18753. doi : 10.1021/jp806791s .
  17. ^ О'Риган, Брайан; Гратцель, Майкл (октябрь 1991 г.). «Недооценка высокоэффективных солнечных батарей, основанных на символизированных красителях коллоидных пленках TIO2» . Природа . 353 (6346): 737–740. Bibcode : 1991natur.353..737o . doi : 10.1038/353737A0 . ISSN   1476-4687 . S2CID   4340159 .
  18. ^ «Квантовые точки обещают значительно повысить эффективность солнечных элементов» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) . Август 2013.
  19. ^ Кодзима, Акихиро; Тешима, Кенджиро; Заговор, Ясуо; Миясака, Цутуму (6 мая 2009 г.). «Органометальные галогенидные перовскиты как сенсибилизаторы видимого света для фотоэлектрических клеток » Журнал Американского химического общества 131 (17): 6050–6 Doi : 10.1021/ j809598r ISSN   1520-5  19366264PMID
  20. ^ Редакция, BCC Research. «История солнечных элементов перовскита» . blog.bccresearch.com . Получено 28 марта 2023 года .
  21. ^ Ли, Брендон (10 июня 2015 г.). «Печатные солнечные элементы имеют перспективу для неверных сельских районов - Asia & Pacific» . Scidevnet . Архивировано из оригинала 1 апреля 2022 года.
  22. ^ «Солнечные элементы как свет, как мыльный пузырь» . MIT News | Массачусетский технологический институт . 26 февраля 2016 года . Получено 27 марта 2023 года .
  23. ^ Jump up to: а беременный «Тонкий бумажный солнечный элемент может превратить любую поверхность в источник питания» . MIT News | Массачусетский технологический институт . 9 декабря 2022 года . Получено 27 марта 2023 года .
  24. ^ Saravanapavanantham, Mayuran; Мваура, Иеремия; Болович, Владимир (9 декабря 2022 г.). «Печатные органические фотоэлектрические модули на передаваемых сверхтонких субстратах в качестве аддитивных источников питания» . Небольшие методы . 7 (1): 2200940. DOI : 10.1002/smtd.202200940 . ISSN   2366-9608 . PMID   36482828 . S2CID   254524625 .
  25. ^ Jump up to: а беременный в «Отчет о фотоэлектрической форме» (PDF) . Фраунхофер Институт солнечных энергетических систем, ISE.
  26. ^ "Photovoltaics-Report-slides.pdf" (PDF) . Фраунхофер Институт солнечных энергетических систем ISE. 7 ноября 2013 года. Архивировано из оригинала (PDF) 25 июля 2014 года.
  27. ^ Фельдман, Дэвид; Оболочка, Криста; Джаретт, Зубуя; Марголис, Роберт (12 июля 2022 года). «Обновление солнечной индустрии лета 2022 года» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии .
  28. ^ «PV -клетки 101, часть 2: направления исследования фотоэлектрических клеток» . Energy.gov . Получено 5 апреля 2023 года .
  29. ^ «Фотоэлектрический эффект | Pveducation» . www.pveducation.org . Получено 5 апреля 2023 года .
  30. ^ Кансабаник, Джибан; Свендсен, Марк Кампер; Тагизаде, Алиреза; Crovetto, Andrea; Thygesen, Kristian S. (2 ноября 2022 г.). «Полупроводники косвенной полосы для тонкопленочной фотоэлектрики: высокопроизводительный расчет поглощения с помощью фонона» . Журнал Американского химического общества . 144 (43): 19872–19883. Arxiv : 2207.09569 . doi : 10.1021/jacs.2c07567 . ISSN   0002-7863 . PMID   36270007 . S2CID   250699345 .
  31. ^ Пирс, Дж.; Лау А. (2002). «Анализ чистой энергии для устойчивой энергии от солнечных элементов на основе кремния» (PDF) . Солнечная энергия . С. 181–186. doi : 10.1115/sed2002-1051 . ISBN  978-0-7918-1689-9 .
  32. ^ Таблицы лидеров рынка: первая солнечная энергия для тонкой пленки, SunTech и SunPower для кристаллического кремния
  33. ^ Jump up to: а беременный в «Отчет о фотоэлектрической форме» (PDF) . Fraunhofer Ise. 28 июля 2014 года. Архивировал (PDF) из оригинала 9 августа 2014 года . Получено 31 августа 2014 года .
  34. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж k л м не а п Q. ведущий Шенгюль, Хатис; This, Томас Л. (1 января 2011 г.). «Оценка воздействия на окружающую среду квантовой Dot Photovoltaics (QDPV) от приобретения сырья посредством использования». Журнал чистого производства . 19 (1): 21–31. doi : 10.1016/j.jclepro.2010.08.010 . ISSN   0959-6526 .
  35. ^ Первая солнечная батарея 6 DataShing , 5 марта 2021 г.
  36. ^ Fthenakis, Vasilis M. (2004). «Анализ воздействия жизненного цикла кадмия в производстве PV CDTE» (PDF) . Возобновляемые и устойчивые обзоры энергии . 8 (4): 303–334. doi : 10.1016/j.rser.2003.12.001 . Архивировано (PDF) из оригинала 8 мая 2014 года.
  37. ^ Вернер, Юрген Х. (2 ноября 2011 г.). «Токсичные вещества в фотоэлектрических модулях» (PDF) . postfreemarket.net . Институт фотоэлектрических лиц, Университет Штутгарта, Германия - 21 -я Международная конференция фотоэлектрической науки и инженерии 2011 Фукуока, Япония. п. 2. Архивировал (PDF) из оригинала 21 декабря 2014 года . Получено 23 сентября 2014 года .
  38. ^ «Низкий на безопасность тонкой пленки CDTE First Solar» . www.greentechmedia.com .
  39. ^ «Кадмий: темная сторона тонкой фильма?-старый Гигаом» . old.gigaom.com .
  40. ^ «Анализ ограничений поставок, Национальная лаборатория возобновляемой энергии» .
  41. ^ Зеленый, Массачусетс; и др. (2023). «Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 62)» . Прогресс в фотоэлектрической форме . 31 (7): 651–663. doi : 10.1002/pip.3726 .
  42. ^ "Пресс -реле" (PDF ) GmbH Communer.
  43. ^ «Гибкие солнечные элементы с эффективностью записи 22,2%» . Эмпаж
  44. ^ «Гибкие фотоэлектрические модули большой площади показывают эквивалентную производительность C-Si» . Миасоле.
  45. ^ «Отчет о фотоэлектрической форме» (PDF) . Институт солнечной энергетики Фраунхофера (ISE).
  46. ^ Витте, W.; и др. (2014). «Замена слоя буфера CDS в тонкопленочных солнечных элементах CIGS». Вакуум в исследованиях и практике . 26 : 23–27. Doi : 10.1002/vipr.201400546 .
  47. ^ Шин, MJ; и др. (2021). «Бифациальные фотоэлектрические характеристики полупрозрачного ультратонкого Cu (in, ga) SE 2 солнечных элементов с передним и задним прозрачными проводящими оксидными контактами». Прикладная поверхностная наука . 535 : 147732. Bibcode : 2021Apss..53547732S . doi : 10.1016/j.apsusc.2020.147732 .
  48. ^ Jump up to: а беременный «Сигс Белая бумага» (PDF) . Центр солнечной энергии и исследований водорода Баден-Вюртемберг (ZSW).
  49. ^ Jump up to: а беременный Green, MA (2003), «Кристаллические и тонкопленочные кремниевые солнечные элементы: состояние искусства и будущего», Солнечная энергия , 74 (3): 181–192, Bibcode : 2003soen ... 74..181g , doi : 10.1016/S0038-092X (03) 00187-7 .
  50. ^ Фотоэлектрическая . Engineering.com (9 июля 2007 г.). Получено 19 января 2011 года.
  51. ^ «Аморфический кремний для солнечных элементов» (PDF) (на немецком языке).
  52. ^ Arvind Shah et al. (2003): Микрокристаллические солнечные батареи кремния и микроморф. В кн.: Солнечные энергетические материалы и солнечные элементы , 78 , с. 469-491
  53. ^ «Новая рекордная эффективность фотоэлектрического модуля была достигнута» . Тел -солнечный сайт . Тель -солнечная . Получено 14 июля 2014 года .
  54. ^ JM Pearce; Н. Подраза; RW Collins; ММ Аль-Джассим; КМ Джонс; J. Deng & Cr Wronski (2007). «Оптимизация напряжения открытого круга в солнечных клетках аморфного кремния с смешанной фазой (аморфной + нанокристаллической) контактами P типа низкого нанокристаллического содержания» (PDF) . Журнал прикладной физики . 101 (11): 114301–114301–7. Bibcode : 2007jap ... 101k4301p . doi : 10.1063/1,2714507 . Архивировано из оригинала (PDF) 14 июня 2011 года . Получено 12 июня 2009 г.
  55. ^ Пирс, JM; Podraza, N.; Коллинз, RW; Al-Jassim, MM; Джонс, Км; Дэн, Дж.; Wronski, CR (2007). «Оптимизация напряжения открытой цепи в солнечных клетках аморфного кремния со смешанными (аморфными+нанокристаллическими) контактами P-типа низкого нанокристаллического содержания» (PDF) . Журнал прикладной физики . 101 (11): 114301–114301–7. Bibcode : 2007jap ... 101k4301p . doi : 10.1063/1,2714507 . Архивировано из оригинала (PDF) 14 июня 2011 года . Получено 12 июня 2009 г.
  56. ^ «Солнечные элементы Gaas» . sinovoltaics.com . Получено 18 ноября 2020 года .
  57. ^ Грин, Мартин А.; Хишикава, Йошихиро; Dunlop, Ewan D.; Леви, Дин Х.; Хол-Эбингер, Джохен; Йошита, Масахиро; Ho-Baillie, Anita Wy (2019). «Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 53)». Прогресс в фотоэлектрической форме: исследования и приложения . 27 (1): 3–12. doi : 10.1002/pip.3102 . ISSN   1099-159x . S2CID   104439991 .
  58. ^ Наяк, Пабитра К.; Махеш, Сухас; Снейт, Генри Дж.; Кахен, Дэвид (2019). «Фотоэлектрические солнечные технологии: анализ состояния искусства» . Природная обзора материалов . 4 (4): 269–285. Bibcode : 2019natrm ... 4..269n . doi : 10.1038/s41578-019-0097-0 . ISSN   2058-8437 . S2CID   141233525 .
  59. ^ Jump up to: а беременный Massiot, Inès; Каттони, Андреа; Коллин, Стефан (2 ноября 2020 г.). «Прогресс и перспективы ультратонких солнечных элементов» (PDF) . Природа энергия . 5 (12): 959–972. Bibcode : 2020naten ... 5..959M . doi : 10.1038/s41560-020-00714-4 . ISSN   2058-7546 . S2CID   228814810 .
  60. ^ Konagai, Makoto; Sugimoto, Mitsunori; Такахаши, Кийоши (1 декабря 1978 г.). «Высокоэффективность тонкопленочных солнечных элементов GaAs с помощью очищенной технологии пленки» . Журнал роста кристаллов . 45 : 277–280. Bibcode : 1978jcrgr..45..277k . doi : 10.1016/0022-0248 (78) 90449-9 . ISSN   0022-0248 .
  61. ^ Ченг, Ченг-Вей; Шиу, Куэн-Тин; Оболочка; Хан, Шу-Джен; Ши, костюхо; Садана, Девендра К. (12 марта 2013 г.). «Эпитаксиальный процесс подъема для повторного использования субстрата арсенида галлия и гибкой электроники» . Природная связь . 4 (1): 1577. Bibcode : 2013natco ... 4.1577c . doi : 10.1038/ncomms2583 . ISSN   2041-1723 . PMID   23481385 .
  62. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Эфаз, Эртеза Таусиф; Rhaman, MD Meganur; Имам, Сафайат А.Л.; Башар, Кханджер Любаба; Кабир, Фахмид; Mourtaza, MD Ehasan; Сакиб, Сайед Назмус; Мозахид, ФА (23 сентября 2021 г.). Обзор первичных технологий тонкопленочных солнечных элементов . English Research Express . 3 (3): 032001. BIBCODE : 2021REXP ... 3C2001E . Doi : 10.1088/2631-8695/ac2353 . ISSN   2631-8695 . S2CID   237613178 .
  63. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж повторно, Шахабоддин; Окоропор, Тобечи; Маалоф, верь; Saucedo, Edgardo; Плациди, Марсель (1 мая 2022 г.). «Оценка жизненного цикла различных солнечных элементов чалькогенде. Прикладная энергия 313 118888. Bibcode : 2022apen..31318888r : Doi : /j.apenergy.2022.118888 10.1016 HDL : 2117/370823 ISSN   0306-2 S2CID   247433824
  64. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж Сиварадж, Сантош; Ратанасами, Раджасекар; Калиянан, Гобинат -Велу; Панчал, Хитеш; Jawad Alrubaie, Ali; Муса Джабер, Мустафа; Сказал, Зафар; Мемон, Саим (19 ноября 2022 г.). «Комплексный обзор текущей производительности, проблем и прогресса в тонкопленочных солнечных элементах» (PDF) . Энергии . 15 (22): 8688. DOI : 10.3390/en15228688 . ISSN   1996-1073 .
  65. ^ Гратцель, Майкл (31 октября 2003 г.). «Солнечные элементы, чувствительные к красителю». Журнал фотохимии и фотобиологии C: Обзоры фотохимии . 4 (2): 145–153. Citeseerx   10.1.1.687.8125 . doi : 10.1016/s1389-5567 (03) 00026-1 . ISSN   1389-5567 .
  66. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый «Лучшая диаграмма эффективности исследовательских клеток» . www.nrel.gov . Получено 6 апреля 2023 года .
  67. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж k Цанг, Майкл П.; Sonnemann, Guido W.; Бассани, Дарио М. (1 ноября 2016 г.). «Оценка жизненного цикла у колыбели до группы и воздействие на окружающую среду органических фотоэлектрических солнечных батарелей по сравнению с обычными технологиями». Солнечные энергетические материалы и солнечные элементы . Жизненный цикл, окружающая среда, экология и анализ воздействия солнечной технологии. 156 : 37–48. doi : 10.1016/j.solmat.2016.04.024 . ISSN   0927-0248 .
  68. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час Селик, Ильке; Песня, Чжаонинг; Симароли, Александр Дж.; Ян, Янфа; Хебен, Майкл Дж.; Apul, Defne (1 ноября 2016 г.). «Оценка жизненного цикла (LCA) PV -клеток перовскита, проецируемых от лаборатории на FAB» . Солнечные энергетические материалы и солнечные элементы . Жизненный цикл, окружающая среда, экология и анализ воздействия солнечной технологии. 156 : 157–169. doi : 10.1016/j.solmat.2016.04.037 . ISSN   0927-0248 .
  69. ^ «Новый стабильный и потери затрат тип перовскита солнечный элемент» . Phys.org . 17 июля 2014 года . Получено 4 августа 2015 года .
  70. ^ «Распылительное отложение направляет солнечные элементы перовскита к коммерциализации» . Chemistryworld . 29 июля 2014 года . Получено 4 августа 2015 года .
  71. ^ «Перовските солнечные элементы» . Оссила . Получено 4 августа 2015 года .
  72. ^ Хуан, Синжин; Фанат, dejiu; Ли, Йонгси; Форрест, Стивен Р. (20 июля 2022 г.). "Многоуровневое защелка прототипа полупрозрачного органического фотоэлектрического модуля" . Джоул . 6 (7): 1581–1589. doi : 10.1016/j.joule.2022.06.015 . ISSN   2542-4785 . Ости   1878096 . S2CID   250541919 .
  73. ^ «Прозрачные солнечные панели для Windows достигают рекорда 8% эффективности» . Мичиганский университет . 17 августа 2020 года . Получено 23 августа 2022 года .
  74. ^ Ли, Йонгси; Го, Ся; Пэн, Чжэнсинг; Qu, Boning; Ян, Хонгинг; Аде, Харальд; Чжан, Маоджи; Форрест, Стивен Р. (сентябрь 2020 г.). «Цветоретральный, полупрозрачный органический фотоэлектрический лист для применений в области силовых окон» . Труды Национальной академии наук . 117 (35): 21147–21154. Bibcode : 2020pnas..11721147L . doi : 10.1073/pnas.2007799117 . ISSN   0027-8424 . PMC   7474591 . PMID   32817532 .
  75. ^ «Исследователи изготавливают очень прозрачный солнечный элемент с 2D -атомным листом» . Университет Тохоку . Получено 23 августа 2022 года .
  76. ^ Он, Син; Ивамото, Юта; Канеко, Тоширо; Като, Тошиаки (4 июля 2022 г.). «Изготовление почти инвизируемого солнечного элемента с монослоем WS2» . Научные отчеты . 12 (1): 11315. Bibcode : 2022natsr..1211315H . doi : 10.1038/s41598-022-15352-x . ISSN   2045-2322 . PMC   9253307 . PMID   35787666 .
  77. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Chatzisideris, Marios D.; Эспиноза, Нивес; Лоран, Алексис; Кребс, Фредерик С. (1 ноября 2016 г.). «Экодизионные перспективы тонкопленочных фотоэлектрических технологий: обзор исследований оценки жизненного цикла» (PDF) . Солнечные энергетические материалы и солнечные элементы . Жизненный цикл, окружающая среда, экология и анализ воздействия солнечной технологии. 156 : 2–10. doi : 10.1016/j.solmat.2016.05.048 . ISSN   0927-0248 . S2CID   99033877 .
  78. ^ «4 Таймс -сквер здания - интегрированная фотоэлектрическая система» (PDF) . Поцелуй + cathcart, архитекторы . Получено 26 марта 2023 года .
  79. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж k л м Киттнер, Ной; Gheewala, Shabbir H.; Каменс, Ричард М. (1 декабря 2013 г.). «Сравнение жизненного цикла окружающей среды мокристаллических и аморфных фотоэлектрических систем в Таиланде» в Таиланде ». Энергия для устойчивого развития . 17 (6): 605–614. Bibcode : 2013esusd..17..605k . doi : 10.1016/j.esd.2013.09.003 . ISSN   0973-0826 .
  80. ^ Jump up to: а беременный Эфаз, Эртеза Таусиф; Rhaman, MD Meganur; Имам, Сафайат А.Л.; Башар, Кханджер Любаба; Кабир, Фахмид; Mourtaza, MD Ehasan; Сакиб, Сайед Назмус; Мозахид, ФА (1 сентября 2021 г.). Обзор первичных технологий тонкопленочных солнечных элементов . English Research Express . 3 (3): 032001. BIBCODE : 2021REXP ... 3C2001E . Doi : 10.1088/2631-8695/ac2353 . ISSN   2631-8695 . S2CID   237613178 .
  81. ^ Кейси, Тина (27 февраля 2014 г.). «Новая тонкая пленка Солнечная запись для первой солнечной энергии» . Чистая техническая техника .
  82. ^ «Panasonic Hit Solar Set Set World Efficiency Record -» . 19 апреля 2014 года.
  83. ^ «Эффективность солнечных батарей World Record 22,3%, достигнутая солнечной батареей-rebend India Campaign-Солнечная фотоэлектрическая, индийская солнечная новость, индийские ветры, индийский ветровый рынок» . www.renewindians.com . Получено 14 декабря 2015 года .
  84. ^ Линдхольм; Fossum, JG; Берджесс, Эл (1979). «Применение принципа суперпозиции к анализу солнечной энергии» . IEEE транзакции на электронных устройствах . 26 (3): 165–171. doi : 10.1109/t-ed.1979.19400 . ISSN   0018-9383 . S2CID   25916176 .
  85. ^ «Квантовая эффективность | Pveducation» . www.pveducation.org . Получено 5 апреля 2023 года .
  86. ^ Сюй, Юнлу; Гонг, Тао; Мандей, Джереми Н. (2 сентября 2015 г.). «Обобщенный предел Shockley-QuiseSer для наноструктурированных солнечных элементов» . Научные отчеты . 5 (1): 13536. Arxiv : 1412.1136 . Bibcode : 2015natsr ... 513536x . doi : 10.1038/srep13536 . ISSN   2045-2322 . PMC   4557037 . PMID   26329479 . S2CID   17029239 .
  87. ^ Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) (февраль 2005 г.). "Часто задаваемые вопросы: что нового в концентрации PV?" (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) .
  88. ^ Widenborg, за I.; Аберле, Армин Г. (2007). «Поликристаллические тонкопленочные солнечные элементы кремния на AIT-текстурированных стеклянных суперстратах» (PDF) . Достижения в области оптоэлектроники . 2007 : 1–7. doi : 10.1155/2007/24584 .
  89. ^ «Возобновляемые источники» . www.customwritingtips.com . Архивировано из оригинала 23 февраля 2013 года.
  90. ^ Сюй, Чжида; Яо, Юань; Брюкнер, Эрик; Ли, Ланфанг; Цзян, Цзин; Nuzzo, Ralph G.; Лю, Логан (2014). «Черные кремниевые тонкопленочные микроэлементы, интегрирующие верхние наноконовые структуры для широкополосного и вспоминающегося ладони». Нанотехнология . 25 (30): 305301. Arxiv : 1406.1729 . BIBCODE : 2014NANOT..25D5301X . doi : 10.1088/0957-4484/25/30/305301 . PMID   25006119 . S2CID   206069610 .
  91. ^ Мендес, Мануэль Дж.; Санчес-Собрадо, Олалла; Хак, Сиразул; Мэтью, Джеймс; Уотерс, Хьюго; Фортунато, Эльвира; Мартинс, Родриго (1 января 2020 года), Энсичи, Франческо; Righini, Giancarlo C. (Eds.), «Глава девятиволновые передние структуры на солнечных клетках кремния и тонкопленочных клеток кремния и перовскита» , солнечные элементы и управление светом , Elsevier, pp. 315–354, ISBN  978-0-08-102762-2 Получено 10 марта 2023 г.
  92. ^ Шустер, Кристиан Стефано; Crupi, изодиана; Халм, Янн; Koç, Mehmet; Мендес, Мануэль Жоу; Петерс, Ян Мариус; Yerci, Selçuk (2022), Лакнер, Максимилиан; Саджади, Бахарак; Чен, Вей-Инь (ред.), «Расширение прав и возможностей фотоэлектрической технологии с помощью технологий управления интеллектуальными светами» , Справочник по смягчению и адаптации изменения климата , Cham: Springer International Publishing, стр. 1165–1248, doi : 10.1007/978-3-030- 72579-2_112 , ISBN  978-3-030-72579-2 Получено 10 марта 2023 г.
  93. ^ Ву, Цзян; Ю, Пэн; Суша, Андрей С.; Саблон, Кимберли А.; Чен, Хайюан; Чжоу, Чжихуа; Li, handong; Джи, Хейнинг; NIU, Xiaobin (1 апреля 2015 г.). «Повышение эффективности широкополосной связи в солнечных элементах квантовой точки в сочетании с многопрофильными плазмонными наностарами». Нано энергия . 13 : 827–835. doi : 10.1016/j.nanoen.2015.02.012 . S2CID   98282021 .
  94. ^ Ю, Пэн; Яо, Изен; Ву, Цзян; Ниу, Сяобин; Rogach, Andrey L.; Ван, Жиминг (9 августа 2017 г.). «Влияние наночастиц плазмонной металлической ядра -диэлектрической оболочки на усиление поглощения широкополосного света в тонкоплентных солнечных элементах» . Научные отчеты . 7 (1): 7696. Bibcode : 2017natsr ... 7.7696y . doi : 10.1038/s41598-017-08077-9 . ISSN   2045-2322 . PMC   5550503 . PMID   28794487 .
  95. ^ Morawiic, канализация; Мужские, Мануэль Дж.; Filonovice, Sergej A.; Мэтью, Тиаго; Чудо, Сальваторе; Ауты, Хьюго; Феррейра, Изабель; Симона, Фрэнсис; Фортуна, Эльвира; Мартинс, Родриго; Священник, Франческо; Круиз, Изодиан (30 июня 2014 г.). «Prodband Photourrent вставка в солнечные элементы A-Si: H с плазмонными задними отражателями» . Выраженная оптика . 22 (S4): A1059-70. BIBCODE : 2014OEXPR..22A1059M . doi : 10.1364/oe.22.0a1059 . HDL : 10362/3 ISSN   1094-4  24978069PMID
  96. ^ Мендес, Мануэль Дж.; Morawiec, канализация; Матеус, Тиаго; Lyubchyk, Andriy; Агуас, Хьюго; Феррейра, Изабель; Фортунато, Эльвира; Мартинс, Родриго; Приоло, Франческо; Crupi, Isodiana (11 марта 2015 г.). «Широкополосное лавч света в тонкоплентных солнечных элементах с самоорганизованными плазмонными наноколлоидами» . Нанотехнология . 26 (13): 135202. Bibcode : 2015nanot..26m5202m . doi : 10.1088/0957-4484/26/13/135202 . ISSN   0957-4484 . PMID   25760231 . S2CID   24473789 .
  97. ^ Терри, Мейсон Л.; Штрауб, Аксель; Гостиницы, Даниэль; Песня, Денгиюан; Аберле, Армин Г. (2005). «Большое улучшение напряжения в открытом круге путем быстрого теплового отжига испаренных твердофазных солнечных элементов кремния на стеклох» на стекле ». Прикладные физические буквы . 86 (17): 172108. BIBCODE : 2005APPHL..86Q2108T . doi : 10.1063/1.1921352 .
  98. ^ Ян, Баоджи; Юэ, Гошен; Сивек, Лора; Ян, Джеффри; Гуха, Субенду; Цзян, Чун-Шенг (2011). «Инновационная двойная функция NC-Siox: H слой, приводящий к> 16% эффективному мультипользовательскому солнечному элементу кремния». Прикладные физические буквы . 99 (11): 11351. Bibcode : 2011Apphl..99K3512Y . doi : 10.1063/1.3638068 .
  99. ^ Ю, Пэн; Ву, Цзян; Лю, избью; Xiong, Цзе; Ягадиш, Ченнупати; Ван, Жиминг М. (1 декабря 2016 г.). «Дизайн и изготовление кремниевых нанопроволок в направлении эффективных солнечных элементов» (PDF) . Нано сегодня . 11 (6): 704–737. doi : 10.1016/j.nantod.2016.10.001 .
  100. ^ RenewableEnergyWorld.com, как тонкая пленка Солнечная тарифа против кристаллического кремния , 3 января 2011 г.
  101. ^ Дайан Кардвелл ; Кит Брэдшер (9 января 2013 г.). «Китайская фирма покупает американский солнечный стартап» . New York Times . Получено 10 января 2013 года .
  102. ^ Andorka, Фрэнк (8 января 2014 г.). "CIGS Солнечные элементы, упрощенные" . SolarPowerworldonline.com/ . Мир солнечной энергии. Архивировано из оригинала 19 августа 2014 года . Получено 16 августа 2014 года .
  103. ^ «Южнокорейские предприятия прекращают или сокращают тонкопленочный бизнес» . Ofweek.com/. 17 июля 2014 года. Архивировано с оригинала 29 мая 2015 года . Получено 29 мая 2015 года .
  104. ^ «Годовой отчет 2014» . IEA-PVP. 21 мая 2015 года. С. 49, 78. Samsung SDI решил остановить производство фотоэлектрических модулей CIGS. Hanergy: Таблица 3 на стр. 49
  105. ^ Solar-Frontier.com-Pressrelease Solar Frontier для построения 150 МВт 150 МВт СИС-модуль завод в Тохоку, Япония , 19 декабря 2013 г.
  106. ^ «Крупнейшая солнечная ферма Австралии открывается в Nyngan, Western NSW» . Abc.net.au. ​18 апреля 2015 года.
  107. ^ Перальта, Эйдер. (7 апреля 2011 г.) GE раскрывает планы построить крупнейшую фабрику солнечной панели в США: двусторонний . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР. Получено на 2011-05-05.
  108. ^ Pvtech.org Первая солнечная батарея Buys GE CDTE Thin-Film IP и Forms Businesship , 6 августа 2013 г.
  109. ^ Раабе, Стив; Джаффе, Марк (4 ноября 2012 г.). «Обанкройте, изобилует солнечной энергией Коло. Живет как политический футбол» . Денвер Пост .
  110. ^ «Конец прибывает для ECD Solar» . Greentechmedia . 14 февраля 2012 года.
  111. ^ «Oerlikon лишает своего солнечного бизнеса и судьбу аморфного кремниевого PV» . Grrentechmedia . 2 марта 2012 года.
  112. ^ «Покойся с миром: список умерших солнечных компаний» . Greentechmedia . 6 апреля 2013 года . Получено 30 июля 2015 года .
  113. ^ «Novasolar, ранее Optisolar, оставляя курящий кратер во Фремонте» . Greentechmedia . 24 февраля 2012 года . Получено 30 июля 2015 года .
  114. ^ «Китайская дочерняя компания Suntech Power объявляет об банкротстве» . Нью -Йорк Таймс . 20 марта 2013 года.
  115. ^ «Suntech ищет новые деньги после банкротства Китая, говорит Ликвидатор» . Блумберг. 29 апреля 2014 года.
  116. ^ «PVX Spot Market Price Index Solar PV -модули» . Соларсервер. 20 июня 2014 года. Архивировано с оригинала 29 августа 2014 года . Получено 30 июля 2015 года .
  117. ^ «0,38 евро до доллара США - евро до обменного курса доллара» . www.xe.com .
  118. ^ «Тонкоплавки Солнечные панели | Американское общество солнечной энергии» .
  119. ^ «Плюсы и минусы металлических крыш для вашего дома» .
  120. ^ Jump up to: а беременный «Солнечные панели против тонкопленочных ламинатов: затраты, плюсы и минусы, лучшие бренды» . 19 января 2022 года.
  121. ^ Zweibel, Ken (сентябрь 1995 г.). «Тонкие пленки: прошлое, настоящее, будущее» . Прогресс в фотоэлектрической форме: исследования и приложения . 3 (5): 279–293. doi : 10.1002/pip.4670030503 .
  122. ^ «Консорциум акселератора кадмия теллурида» . www.nrel.gov . Получено 6 апреля 2023 года .
  123. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Джордан, Дирк С.; Курц, Сара Р. (июнь 2012 г.). «Показатели фотоэлектрической деградации - аналитический обзор» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) .
  124. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Мутери, Винченцо; Челура, Маурицио; Curto, Domenico; Францитта, Винченцо; Лонго, Соня; Мистретта, Марина; Паризи, Мария Лора (Janogy 2020). «Обзор оценки жизненного цикла солнечных фотоэлектрических панелей» . Энергии . 13 (1): 252. doi : 10.3390/en13010252 . HDL : 10447/392647 . ISSN   1996-1073 .
  125. ^ «Тонкий бумажный солнечный элемент может превратить любую поверхность в источник питания» . MIT News | Массачусетский технологический институт . 9 декабря 2022 года . Получено 5 апреля 2023 года .
  126. ^ «Солнечная - 10 прогнозов на 2022 год» . Bloombergnef . 26 января 2022 года . Получено 4 апреля 2023 года .
  127. ^ Jump up to: а беременный Babayigit, Aslihan; Эфираджан, Анита; Мюллер, Марк; Conings, Берт (24 февраля 2016 г.). «Токсичность органометальных галогенидных солнечных элементов перовскита» . Природные материалы . 15 (3): 247–251. Bibcode : 2016natma..15..247b . doi : 10.1038/nmat4572 . HDL : 2268/195044 . ISSN   1476-4660 . PMID   26906955 .
  128. ^ «Низкий на безопасность тонкой пленки CDTE First Solar» . www.greentechmedia.com . Получено 5 апреля 2023 года .
  129. ^ Fthenakis, VM; Московиц, PD (21 марта 1995 г.). «Тонкоплестные фотоэлектрические ячейки: проблемы со здоровьем и окружающей средой в их производстве, использовании и утилизации». Прогресс в фотоэлектрической форме: исследования и приложения . 3 (5): 295–306. doi : 10.1002/pip.4670030504 .
  130. ^ Московиц, Пол Д. (23 февраля 2007 г.). «Проблемы экологии, здоровья и безопасности, связанные с производством и использованием фотоэлектрических модулей CDTE». Международный журнал солнечной энергии . 12 (1–4): 259–281. doi : 10.1080/01425919208909767 . ISSN   1992-1993 .
  131. ^ Берчарт-Корол, Дорота; Pustejovska, Pavlina; Блаут, Агата; Jursova, Simona; Корол, Джери (1 ноября 2018 г.). «Сравнительная оценка жизненного цикла текущих и будущих систем выработки электроэнергии в Чешской Республике и Польше» . Международный журнал оценки жизненного цикла . 23 (11): 2165–2177. Bibcode : 2018ijlca..23.2165b . doi : 10.1007/s11367-018-1450-z . HDL : 10084/132821 . ISSN   1614-7502 . S2CID   116189232 .

Источники

[ редактировать ]
  • Грама С. "Обзор тонкопленочной солнечной фотоэлектрической индустрии и технологий". Массачусетский технологический институт, 2008.
  • Грин, Мартин А. «Консолидация тонкопленочной фотоэлектрической технологии: предстоящее десятилетие возможности». Прогресс в фотоэлектрической форме: исследования и приложения 14, № 5 (2006): 383–392.
  • Грин, Мас. «Недавние события в фотоэлектрической форме». Солнечная энергия 76, нет. 1-3 (2004): 3–8.
  • Боукарн, парень. «Кремниевые тонкопленочные солнечные элементы». Достижения в Optoelectronics 2007 (август 2007 г.): 12.
  • Уллал, Х.С. и Б. Фон Редерн. «Тонкие пленки и фотоэлектрические технологии CDTE: коммерциализация, критические проблемы и приложения; Препринт »(2007).
  • Hegedus, S. «Тонкоплентные солнечные модули: низкая стоимость, высокая пропускная способность и универсальная альтернатива платежам Si». Прогресс в фотоэлектрической форме: исследования и приложения 14, нет. 5 (2006): 393–411.
  • Poortmans, J. и V. arkhishov. Тонкопленка Солнечные элементы: изготовление, характеристика и применение. Wiley, 2006.
  • Wronski, CR, B. Von Roedern и A. Kolodziej. «Тонкопленочная SI: H на основе солнечных элементов». Вакуум 82, нет. 10 (3 июня 2008 г.): 1145–1150.
  • Чопра, К.Л., П.Д. Полсон и В. Датта. «Тонкоплестные солнечные элементы: обзор». Прогресс в фотоэлектрической форме: исследования и приложения 12, нет. 2-3 (2004): 69–92.
  • Hamakawa, Y. Тонкопленочные солнечные элементы: фотоэлектрическая фотоэлектрика следующего поколения и ее применение. Springer, 2004.
  • Грин, Мартин. «Тонкоплестные солнечные элементы: обзор материалов, технологий и коммерческого статуса». Журнал материаловедения: материалы в электронике 18 (1 октября 2007 г.): 15–19.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5d5e4277d895b3a06a80b4e881ff9d23__1725543900
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/5d/23/5d5e4277d895b3a06a80b4e881ff9d23.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Thin-film solar cell - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)