Хронология солнечных батарей

В 19 веке было замечено, что солнечный свет, попадающий на определенные материалы, генерирует заметный электрический ток – фотоэлектрический эффект . Это открытие заложило основу для солнечных батарей . Солнечные элементы стали использоваться во многих приложениях. Исторически они использовались в ситуациях, когда электроэнергия из сети была недоступна.

Когда изобретение было опубликовано, солнечные батареи стали широко использоваться в производстве электроэнергии для спутников. Спутники вращаются вокруг Земли, что делает солнечные элементы важным источником выработки электроэнергии за счет падающего на них солнечного света. В наши дни солнечные элементы широко используются в спутниках.

1800-е годы

Эдмон Беккерель создал первый в мире фотоэлектрический элемент в 1839 году, когда ему было 19 лет.

• 1839 г. — Эдмон Беккерель наблюдает фотоэлектрический эффект с помощью электрода в проводящем растворе, подвергнутом воздействию света.
• 1873 — Уиллоуби Смит обнаружил, что селен обладает фотопроводимостью .
• 1874 — Джеймс Клерк Максвелл пишет коллеге-математику Питеру Тейту о своем наблюдении о том, что свет влияет на проводимость селена.
• 1877 — Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дэй наблюдали фотоэлектрический эффект в затвердевшем селене и опубликовали статью о селеновом элементе. «Действие света на селен», в «Proceedings of the Royal Society», A25, 113.
• 1883 – Чарльз Фриттс разрабатывает солнечный элемент, используя селен на тонком слое золота, чтобы сформировать устройство с КПД менее 1%.
• 1887 — Генрих Герц исследует фотопроводимость ультрафиолетового света и открывает фотоэлектрический эффект.
• 1887 г. - Джеймс Мозер сообщает о фотоэлектрохимической ячейке, сенсибилизированной красителем .
• 1888 — Эдвард Уэстон получает патенты US389124 « Солнечный элемент » и US389125 « Солнечный элемент ».
• 1888–91 - Александр Столетов создает первый солнечный элемент на основе внешнего фотоэффекта.
• 1894 — Мелвин Севери получает патенты US527377 « Солнечный элемент » и US527379 « Солнечный элемент ».
• 1897 — Гарри Рейган получает патент US588177 « Солнечная батарея ».
• 1899 г. – Уэстон Баузер получает патент US598177 «Солнечное хранилище ».

1900–1929

• 1901 — Филипп фон Ленард наблюдает изменение энергии электронов в зависимости от частоты света.
• 1904 — Вильгельм Хальвакс создает солнечный элемент с полупроводниковым переходом ( медь и оксид меди ).

Работа Эйнштейна «Об эвристической точке зрения на производство и преобразование света» была опубликована в журнале Annalen der Physik в 1905 году.

• 1904 – Джордж Коув разрабатывает солнечный электрический генератор.
• 1905 – Альберт Эйнштейн публикует статью, объясняющую фотоэлектрический эффект на квантовой основе.
• 1913 — Уильям Кобленц получает патент США 1077219 « Солнечная батарея ».
• 1914 — Свен Асон Берглунд патентует « метод увеличения мощности светочувствительных клеток ».
• 1916 — Роберт Милликен проводит эксперименты и доказывает фотоэлектрический эффект .
• 1918 – Ян Чохральский разработал метод выращивания монокристаллов металла. Спустя десятилетия метод был адаптирован для производства монокристаллического кремния .
• 1921 — Эйнштейну присуждена Нобелевская премия по физике за работы по фотоэлектрическому эффекту.

1930–1959

• 1932 — Одоберт и Стора открывают фотоэлектрический эффект в селениде кадмия (CdSe), фотоэлектрическом материале, который используется до сих пор.
• 1935 — Энтони Х. Лэмб получает патент US2000642 « Фотоэлектрическое устройство ».
• 1946 — Рассел Ол подает патент US2402662 « Светочувствительное устройство ».
• 1948 — Гордон Тил и Джон Литтл адаптируют метод выращивания кристаллов Чохральского для производства монокристаллического германия, а затем и кремния.
• 1950-е годы – Bell Labs производит солнечные элементы для космической деятельности.
• 1953 – Джеральд Пирсон начинает исследования литий - кремниевых фотоэлектрических элементов.
• 1954 – 25 апреля 1954 года Bell Labs объявляет об изобретении первого практического кремниевого солнечного элемента. Вскоре после этого их показывают на заседании Национальной академии наук . Эти ячейки имеют эффективность около 6%. The New York Times прогнозирует, что солнечные элементы в конечном итоге приведут к источнику «безграничной энергии Солнца».
• 1955 – Western Electric лицензирует коммерческие технологии солнечных батарей. Подразделение полупроводников Hoffman Electronics создает коммерческий солнечный элемент с эффективностью 2% по цене 25 долларов за элемент или 1785 долларов за ватт.
• 1957 — Правопреемники AT&T ( Джеральд Л. Пирсон , Дэрил М. Чапин и Кэлвин С. Фуллер ) получают патент US2780765 « Устройство преобразования солнечной энергии ». Они называют это «солнечной батареей ». Hoffman Electronics создает солнечный элемент с КПД 8%.
• 1957 — Мохамед М. Аталла разрабатывает процесс пассивации поверхности кремния путем термического окисления в Bell Laboratories . С тех пор процесс пассивации поверхности имеет решающее значение для эффективности солнечных батарей .

Авангард-1 с шестью прикрепленными солнечными батареями

• 1958 г. – Т. Манделькорн, Лаборатории Корпуса связи США, создает кремниевые солнечные элементы n-on-p, которые более устойчивы к радиационному повреждению и лучше подходят для использования в космосе. Hoffman Electronics создает солнечные элементы с эффективностью 9%. Vanguard I , первый спутник на солнечной энергии, был запущен с мощностью 0,1 Вт, длиной 100 см. ² солнечная панель.
• 1959 — Hoffman Electronics создает коммерческий солнечный элемент с КПД 10% и вводит использование контакта с сеткой, снижая сопротивление элемента.

1960–1979

• 1960 – Hoffman Electronics создает солнечный элемент с КПД 14%.
• проводит конференцию «Солнечная энергия в развивающемся мире» 1961 — Организация Объединенных Наций .
• 1962 — Спутник связи Telstar питается от солнечных батарей.
• 1963 – Корпорация Sharp производит жизнеспособный фотоэлектрический модуль из кремниевых солнечных элементов.
• 1964 — Спутник «Нимбус I» оснащен солнечными панелями, отслеживающими Солнце.
• 1964 — Фаррингтона Дэниэлса знаковая книга «Прямое использование солнечной энергии» , опубликованная издательством Йельского университета .
• 1967 — «Союз-1» — первый пилотируемый космический корабль, работающий на солнечных батареях.
• 1967 — Акира Фудзисима открывает эффект Хонды-Фудзисимы , который используется для гидролиза в фотоэлектрохимической ячейке .
• 1968 – Роджер Риль представляет первые наручные часы на солнечной энергии.
• первые высокоэффективные GaAs солнечные элементы с гетероструктурой создаются 1970 — Жоресом Алферовым и его командой в СССР .
• 1971 г. — «Салют-1» работает на солнечных батареях.
• 1973 — Скайлэб работает на солнечных батареях.
• 1974 – Открытие Центра солнечной энергии Флориды .

Профессор Университета штата Нью-Мексико показывает солнечную панель в Нью-Мексико, апрель 1974 года.

• 1974 – Дж. Болдуин из компании Integrated Living Systems совместно разрабатывает первое в мире здание (в Нью-Мексико), обогреваемое и питающееся исключительно солнечной и ветровой энергией .
• 1976 – Дэвид Э. Карлсон и Кристофер Вронски из RCA Laboratories создают первые фотоэлектрические элементы из аморфного кремния, эффективность которых составляет 2,4%.
• 1977 — Научно-исследовательский институт солнечной энергии , основан В Голдене, штат Колорадо .
• 1977 — Мировое производство фотоэлектрических элементов превысило 500 кВт.
• 1978 г. — Первые калькуляторы на солнечных батареях.
• Конец 1970-х: « Энергетический кризис »; всплеск общественного интереса к использованию солнечной энергии: фотоэлектрической , активной и пассивной солнечной энергии, в том числе в архитектуре, автономных зданиях и жилых домах.

1980–1999

• 1980 – Институт преобразования энергии Университета Делавэра разрабатывает первый тонкопленочный солнечный элемент с эффективностью, превышающей 10%, с использованием технологии Cu ₂ S/CdS.
• 1981 — Институт солнечных энергетических систем Фраунгофера ISE основал Адольф Гетцбергер во Фрайбурге, Германия.
• 1981 — Isofoton — первая компания, начавшая массовое производство двусторонних солнечных элементов на основе разработок Антонио Луке и др. в Институте солнечной энергии в Мадриде.
• первом солнечном элементе из тонкопленочного аморфного кремния с > 10% . 1982 г. - Сообщается о
• 1983 – Мировое производство фотоэлектрических систем превышает 21,3 мегаватт, а продажи превышают 250 миллионов долларов.
• 1984 г. – 30 000 SF Завершено строительство интегрированной фотоэлектрической крыши [BI-PV] для Межкультурного центра Джорджтаунского университета. Эйлин М. Смит, магистр арх. В 2004 году компания совершила 20-летнюю поездку верхом за мир и фотоэлектрическую энергетику от солнечной крыши до Всемирного торгового центра Ground Zero в Нью-Йорке, чтобы рассказать общественности о солнечной архитектуре BI-PV. Array по-прежнему производил в среднем один МВтч в день, как и с 1984 года, в густонаселенной городской среде Вашингтона, округ Колумбия.
• созданы кремниевые элементы с КПД 20% 1985 — Центром фотоэлектрической инженерии при Университете Нового Южного Уэльса .
• 1986 г. - подполковник Ричард Т. Хедрик из Ирвина, Калифорния, запатентовал «Солнечно-электрический купол» как эффективную архитектурную конфигурацию для интегрированной в здание фотоэлектрической системы [BI-PV]; Полевой массив Гесперия, Калифорния.
• 1988 — сенсибилизированный красителем солнечный элемент создают Михаэль Гретцель и Брайан О’Риган . Эти фотоэлектрохимические элементы работают на основе органического красителя внутри элемента и стоят вдвое дешевле кремниевых солнечных элементов.
• 1988–1991 гг. AMOCO/Enron использовала патенты Solarex, чтобы подать в суд на ARCO Solar, чтобы лишить ее бизнеса a-Si (см. Solarex Corp.(Enron/Amoco) против Arco Solar, Inc.Ddel, 805 Fsupp 252 Fed Digest.)
• 1989 г. — впервые используются отражающие солнечные концентраторы с солнечными элементами.
• 1990 – Магдебургский собор устанавливает солнечные батареи на крыше, что стало первой установкой на церкви в Восточной Германии.
• эффективные фотоэлектрохимические элементы. 1991 г. - Разработаны

Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Логотип

• 1991 – Президент Джордж Буш-старший поручает Министерству энергетики США создать Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии (передавая существующий Научно-исследовательский институт солнечной энергии).
• 1992 — Программа PV Pioneer стартовала в муниципальном коммунальном округе Сакраменто (SMUD). Это была первая широкая коммерциализация распределенной фотоэлектрической системы, подключенной к сети («солнечная батарея на крыше»). Она стала моделью для более поздней программы CA Million Solar Roofs.
• 1992 г. - Университет Южной Флориды изготавливает тонкопленочный элемент с эффективностью 15,89%.
• 1993 г. - Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) . Исследовательский центр солнечной энергии Создан
• 1994 - NREL разрабатывает двухполюсный концентратор GaInP/GaAs (180 солнц), который становится первым солнечным элементом, эффективность преобразования которого превышает 30%.
• 1996 г. – Национальный центр фотоэлектрической энергии основан . Гретцель, Федеральная политехническая школа Лозанны , Лозанна , Швейцария, достигает 11% эффективности преобразования энергии с помощью сенсибилизированных красителем клеток, использующих фотоэлектрохимический эффект.
• 1999 г. – Общая установленная во всем мире фотоэлектрическая мощность достигает 1000 мегаватт.

2000–2019

Экспоненциальная кривая роста в полулогарифмическом масштабе установленных во всем мире фотоэлектрических систем в гигаваттах с 1992 года.

Производство солнечных батарей по регионам 2000–2010 гг.

Доля рынка различных фотоэлектрических технологий, 1999–2010 гг.

• 2003 - Джордж Буш установил фотоэлектрическую систему мощностью 9 кВт и солнечную тепловую систему на территории, где находится здание Белого дома.
• 2004 - Губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер предложил Инициативу по солнечным крышам для создания одного миллиона солнечных крыш в Калифорнии к 2017 году.
• 2004 г. - Губернатор Канзаса Кэтлин Сибелиус издала распоряжение о поставке возобновляемой электроэнергии мощностью 1000 МВт в Канзасе к 2015 году в соответствии с Исполнительным указом 04-05.
• 2006 г. - Использование поликремния в фотоэлектрической энергетике впервые превышает использование всех других видов поликремния.
• 2006 - Комиссия по коммунальным предприятиям Калифорнии одобрила Калифорнийскую солнечную инициативу (CSI), комплексную программу стоимостью 2,8 миллиарда долларов, которая обеспечивает стимулы для развития солнечной энергетики в течение 11 лет.
• 2006 – Установлен новый мировой рекорд в технологии солнечных батарей – новый солнечный элемент преодолевает барьер «40-процентной эффективности» между солнечным светом и электричеством.
• 2007 г. — Строительство солнечной электростанции «Неллис» , установка PPA мощностью 15 МВт.
• 2007 – Ватикан объявил, что в целях сохранения ресурсов Земли они будут устанавливать солнечные панели на некоторых зданиях в рамках «комплексного энергетического проекта, который окупит себя через несколько лет».
• 2007 г. - Университет Делавэра без независимого подтверждения заявляет о новом мировом рекорде в области технологии солнечных батарей: эффективность 42,8%.
• 2007 — Nanosolar отправляет первые коммерческие печатные CIGS , утверждая, что в конечном итоге они будут продаваться по цене менее 1 доллара за ватт . Однако компания не раскрывает публично технические характеристики и текущую цену реализации модулей.
• 2008 г. – Установлен новый рекорд эффективности солнечных батарей. Ученые из энергетики США Министерства Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) установили мировой рекорд по эффективности солнечных батарей с помощью фотоэлектрического устройства, которое преобразует 40,8% падающего на него света в электричество. Однако это было достигнуто только благодаря концентрированной энергии 326 солнц. Инвертированный метаморфический солнечный элемент с тройным переходом был спроектирован, изготовлен и независимо измерен в NREL.
• 2010 г. — ИКАРОС становится первым космическим кораблем, успешно продемонстрировавшим технологию солнечного паруса в межпланетном пространстве.
• 2010 г. - Президент США Барак Обама дополнительные солнечные панели и солнечный водонагреватель. распорядился установить в Белом доме
• 2011 – Быстрорастущие заводы в Китае снизили производственные затраты на кремниевые фотоэлектрические модули примерно до 1,25 доллара за ватт. Количество установок по всему миру удваивается.
• солнечные панели по заказу президента Барака Обамы. 2013 — Через три года в Белом доме установили

Установленная фотоэлектрическая мощность по всему миру в ваттах на душу населения по странам. Ориентировочные показатели на 2016 год.

• 2016 год — инженеры Университета Нового Южного Уэльса установили новый мировой рекорд по преобразованию несфокусированного солнечного света в электричество с увеличением эффективности до 34,5% [3] . Рекорд был установлен Австралийским центром передовой фотоэлектрической энергии (ACAP) при UNSW с использованием 28-сантиметровой лампы. ² четырехпереходный мини-модуль, встроенный в призму , извлекающий максимальную энергию из солнечного света. Он делает это, разделяя входящие лучи на четыре полосы, используя четырехпереходный приемник, чтобы выжимать еще больше электричества из каждого луча солнечного света.
• 2016 г. — компания First Solar заявляет, что преобразовала 22,1 процента энергии солнечного света в электричество с помощью экспериментальных элементов, изготовленных из теллурида кадмия — технологии, которая сегодня составляет около 5 процентов мирового рынка солнечной энергии.
• 2018 г. - Alta Devices , американский производитель специализированных на основе арсенида галлия (GaAs) фотоэлектрических систем , заявил, что достиг солнечных элементов рекорда эффективности преобразования в 29,1%, что сертифицировано немецкой Fraunhofer ISE CalLab.
• 2018 г. — во Франции открывается первый специализированный завод по переработке солнечных панелей в Европе и «возможно, в мире».

• 2019 г. - Мировой рекорд эффективности солнечных элементов на уровне 47,1% был достигнут за счет использования солнечных элементов с многопереходным концентратором , разработанных в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, Голден, Колорадо, США. Это выше стандартного показателя в 37% для поликристаллических фотоэлектрических или тонкопленочных солнечных элементов по состоянию на 2018 год. Об этом сообщается в исследовании, опубликованном в 2020 году.

Сообщенный график исследований солнечных элементов эффективности преобразования энергии с 1976 года ( Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии )

2020-е годы

2020

• Эффективность солнечных батарей на основе перовскита увеличилась с 3,8% в 2009 году. до 25,2% в 2020 году в однопереходных архитектурах, а в тандемных элементах на основе кремния — до 29,1%, превышает максимальную эффективность, достигнутую в однопереходных кремниевых солнечных элементах.

• 6 марта - Ученые показывают, что добавление слоя кристаллов перовскита поверх текстурированного или плоского кремния для создания тандемного солнечного элемента повышает его производительность до эффективности преобразования энергии 26%. Это может быть недорогой способ повысить эффективность солнечных батарей .

• 13 июля – Опубликована первая глобальная оценка перспективных подходов к переработке солнечных фотоэлектрических модулей. Ученые рекомендуют «исследования и разработки для снижения затрат на переработку и воздействия на окружающую среду по сравнению с утилизацией при максимальном восстановлении материалов», а также содействие и использование технико-экономического анализа.

• 3 июля – Ученые показывают, что добавление ионного твердого вещества на органической основе в перовскиты может привести к существенному улучшению характеристик и стабильности солнечных элементов . Исследование также выявило сложный путь деградации, который ответственен за сбои в старых перовскитных солнечных элементах . Это понимание может помочь будущему развитию фотоэлектрических технологий с промышленно значимой долговечностью.

2021

• 12 апреля - Ученые разрабатывают прототип и правила проектирования с двусторонним контактом кремниевых солнечных элементов с эффективностью преобразования 26% и выше, что является самым высоким показателем на Земле для солнечных элементов этого типа.

• 7 мая – Исследователи решают ключевую проблему перовскитных солнечных элементов , повышая их стабильность и долгосрочную надежность с помощью «молекулярного клея» .

• 21 мая - В Польше запущена первая промышленная коммерческая линия по производству перовскитных солнечных панелей с использованием процедуры струйной печати.

• 13 декабря - Исследователи сообщают о разработке базы данных и инструмента анализа перовскитных солнечных элементов , который систематически объединяет более 15 000 публикаций, в частности данные о более чем 42 400 таких фотоэлектрических устройствах.

• 16 декабря – ML System из Ясионки , Польша, открывает первую линию по производству квантового стекла. Завод начал производство окон с прозрачным слоем квантовых точек, которые могут производить электричество, а также охлаждать здания.

2022

• 30 мая - Команда Fraunhofer ISE под руководством Франка Димрота разработала 4-переходный солнечный элемент с эффективностью 47,6% - новый мировой рекорд преобразования солнечной энергии.

• 13 июля – Исследователи сообщают о разработке полупрозрачных солнечных элементов размером с окно. после того, как члены команды достигли рекордной эффективности и высокой прозрачности в 2020 году. 4 июля исследователи сообщили об изготовлении солнечных элементов с рекордной средней видимой прозрачностью 79%, при этом они практически невидимы.

• 9 декабря - Исследователи сообщают о разработке толщиной гибких органических фотоэлектрических элементов с бумагу, напечатанных на 3D-принтере .
• новый мировой рекорд эффективности солнечной батареи кремний-перовскит : ученые в Германии преобразуют 32,5% солнечного света в электрическую энергию. для тандемного солнечного элемента 19 декабря - Установлен

2024

• 12 марта - Ученые демонстрируют первый монолитно интегрированный тандемный солнечный элемент, в котором селен используется в качестве фотопоглощающего слоя в верхней ячейке, а кремний - в качестве фотопоглощающего слоя в нижней ячейке.

См. также

• Развитие энергетики
• История ветроэнергетики
• Список энергетических тем
• Список тем солнечной энергетики
• Финансовые стимулы для фотоэлектрической энергетики
• Умная сеть # Исследования
• Хронология технологии материалов
• Хронология водородных технологий
• График исследований устойчивой энергетики с 2020 г. по настоящее время
• Список лет в науке

Внешние ссылки

• « Солнечные ресурсы ». Корпорация СанПауэр, 2004 г.
• « История: Хронология фотоэлектрической энергии ». О, Inc., 2005.
• Ленардич, Денис, « Фотовольтаика – историческое развитие ». PVResources.com, 2015.
• Перлин, Джон, « Изготовление электричества непосредственно из солнечного света ». Институт Рахуса, 2002.
• Тринкаус, Джордж, « Утерянные изобретения Николы Теслы ». Приёмник свободной энергии , Глава 9.
• Фирма повышает прогноз по производству солнечных батарей на 2006 и 2007 годы.