О некоторых особенностях современного состояния тонкопленочной солнечной энергетики

Рассмотрены параметры фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) различных типов и прогноз развития. Обзор крупнейших солнечных станций в мире. Крупнейшие производители тонкопленочных ФЭП и их мощности производства. ФЭП на основе теллурида кадмия.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 16.11.2018
Размер файла 1,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

О некоторых особенностях современного состояния тонкопленочной солнечной энергетики

С.И. Плеханов, М.Б. Каган, д.т.н., А.В. Наумов

НПП «Квант»

Н.А. Кульчицкий, д.т.н.

Московский государственный институт радиотехники,

электроники и автоматики

Солнечная энергетика сегодня

В 2012 г. в мире было введено в действие фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) разных типов общей мощностью около 35 гВт. Распределение инсталлированных в 2010 г. ФЭП по технологиям приведено на рисунке 1a. (производство ФЭП, накапливаемых на складах, существенно выше, в отрасли наблюдается кризис перепроизводства). К 2020 г. ожидается значительный рост инсталлированных ФЭП всех типов (рис. 1б) [1 - 3].

Рис.1. Структура солнечного рынка в 2010 г. (а) и прогноз на 2020 г. (б)

В настоящее время, помимо доминирующих на рынке кристаллических объемных моно- и мульти- ФЭП (c-Si), различают следующие типы ФЭП:

- различные технологии выращивания тонкостенных заготовок: EFG (Edge defined film-fed crystal growth technique), S-web и др. КПД 13 - 17 %,

- кремниевые аморфные -Si. КПД - 6,7 % (макс 13 %),

- микрокристаллические м-Si (иногда их называют тандемные аморфно-микроморфные a-Si/µSi) - 9,3 % (макс 21,4 %),

- на основе теллурида кадмия (CdTe); КПД - 12 - 13 % (макс 18,7 %)

- на основе селенида меди-индия-(галлия) CI(G)S; КПД - 11 - 15 % (макс 19,5 %),

- на основе каскадных структур GaAs/Ge. КПД - 32 - 37 % (макс 41,2 %);

- сенсибилизованные красителем (dye-sensitized solar cell, DSC);

- органические (полимерные) ФЭП (OPV);

- неорганические тонкопленочные (ТП) ФЭП, например, на кристаллическ. c- Si.

Достигнутые показатели и прогнозы параметров ФЭП различных типов сведены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры ФЭП различных типов и прогноз развития [4]

2007

2010

2015

2020

КПД %

Объемные ФЭП на кристаллич. c- Si

13-18

15-20

16-21

20-25

ТП ФЭП на CdTe

-

11

12

15

ТП ФЭП на CIGS

-

10

11-12

18-20

ТП ФЭП на -Si

6-8

8-10

10-12

-

ТП ФЭП тандемные на a-Si/µSi

-

-

10-12

12-15

ТП ФЭП на GaAs/Ge с концентраторами

20

20-25

25-30

30-35

ТП ФЭП сенсибилизованные краситилем (DSC)

НИР

прототипы

массовое пр-во

ТП органические ФЭП (OPV)

НИР

прототипы

массовое пр-во

ТП ФЭП на кристаллич. c- Si

НИР

прототипы

Время жизни модуля (лет)

20

20-25

25-30

35-40

Значительную часть ФЭП, произведенных в 2011 г., составляли ТП ФЭП: теллурид кадмия (CdTe) - 7 %, селенид меди и (галлия) индия (CIS/CIGS) - 2 %, аморфный кремний (-Si) и другие - 6 %. Основные преимущества ТП ФЭП, по сравнению с Si- ФЭП (по крайней мере, по состоянию на начало 2012 г.), состояли в следующем:

- более низкая удельная стоимость и более низкий расход материалов.

- возможность производства устройств больших площадей.

- меньшее количество технологических операций (боле 30 операций для c-Si ФЭП, около 20ти - для ТП ФЭП), более дешевые подложки (стекло, фольга из нержавеющей стали, полимеры)

- способность принимать рассеянный и слабый солнечный свет намного более эффективно, чем кристаллические Si батареи.

- малые затраты на формирование последовательных цепей из тонкопленочных солнечных элементов

- возможность создания тонкопленочных источников энергии, интегрированных в здание (окна, крыши)

Кроме того, ТП ФЭП имеют высокую температурную устойчивость - снижение к.п.д. при повышении температуры для всех типов ТП ФЭП существенно ниже, чем у c-Si ФЭП (рис. 2).

Поэтому по состоянию на начало 2013 г. большинство крупнейших солнечных станций в мире строились на базе ТП ФЭП (табл. 2) [12].

Таблица 2

Крупнейшие солнечные станции, строящиеся в 2012 г.

№№

Застройщик

Производитель

ФЭП

Мощность (МВтпик)

Страна

Тип ТП ФЭП

1.

Topaz Solar Farm

First Solar

550

США

CdTe

2.

Desert Sunlight Solar Farm

First Solar

550

США

CdTe

3.

Agura Caliente Solar Project

First Solar

20

США

CdTe

4.

California Valley Solar Ranch

SunPower

250

США

c-Si

5.

AV Solar Ranch One

First Solar

230

США

CdTe

6.

Copper Mountain Solar Two

Sempra US Gas&Power

150

США

CdTe

7.

Imperial Solar Energy Center

Tanasaka Solar Ventures

130

США

CdTe

Стоит отметить, однако, что крупнейшая, введенная в действие в 2012 г. солнечная станция, расположенная в Украине «Перово» мощностью 100 мВт, построена на базе c-Si ФЭП.

Рис. 2. Снижение КПД ФЭП-ов, изготовленных по разным технологиям, при повышении температуры [3]

Многие исследователи прогнозируют дальнейший рост доли ТП ФЭП, так, на рис. 1 б представлена ожидаемая к 2020 г. структура солнечного рынка по типам ФЭП, где видно увеличение рынка ТП ФЭП, как в абсолютных, так и в относительных цифрах [1 - 3]. Однако, существенные изменения в экономике солнечной энергетики, а именно - резкое снижение стоимости производства c-Si ФЭП, произошедшее в 2011-2012 гг., поставило под сомнение безусловное в ближесрочной перспективе стоимостное лидерство ТП ФЭП, которое традиционно было сильной стороной этого класса ФЭП.

Структура рынка ТП ФЭП в 2012 году и устройство ТП ФЭП

Если принять весь рынок ТП ФЭП за 100 %, то удельные доли различных техно-логий, рассчитанных по производственным мощностям, приведены на рис. 3. Видно, что лидирующей технологий по состоянию на 2012 г. являлась CdTe-ФЭП, на втором месте - тандемные микрокристаллические a-Si/µSi, а третьем - классические -Si ФЭП.

Рис. 3. Структура рынка ТП ФЭП на 2012 г. [3].

Общее количество предприятий, производящих ТП ФЭП, достаточно велико и исчисляется несколькими десятками (по состоянию на 2012 г.). Крупнейшие из них приведены на рис. 4.

Рис. 4. Крупнейшие производители ТП ФЭП и их мощности производства на 2012 г. [12].

ФЭП на основе теллурида кадмия

Теллурид кадмия представляет из себя прямозонный полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,45 eV c высоким коэффициентом оптического поглощения (> 5 Ч 10-4 см?1) и поэтому является очень привлекательным материалом для создания ФЭП. Достаточно слоя 5 - 10 мкм для эффективного преобразования солнечной энергии, что позволяет значительно сократить расход материала и уменьшить затраты на производство ФЭП (рис. 5).

Применяемые методы получения тонких слоев сведены в табл. 3.

Таблица 3

Методы производства тонкопленочных ФЭП на основе СdTe

Технология

Компания

Сублимация в замкнутом объеме (CSS)

First Solar, Antec Solar

Электроосаждение

BP Solar

Трафаретная печать

Matsushita

Рис. 5. Структура ТП ФЭП на CdTe.

В последние годы взрывообразно растет применение теллурида кадмия при создании тонкопленочных ФЭП (табл. 4). Лидером в производстве таких ФЭП на CdTe является First Solar (США), компания, которая первой сделала производство ТП ФЭП массовым и с больших отрывом удерживает лидерство среди других компаний. Для формирования поглощающего слоя CdTe на стеклянной подложке First Solar использует технологию «сублимации в замкнутом объеме» (CSS), при этом в качестве сырья для сублимации может использоваться как порошок, так и спрессованные «таблетки» CdTe [9]. Рекордные КПД, достигнутые Firs Solar в 2013 г. составляют: для ФЭП - 18.7 %, для панели - 14.4 %. Рост производства имеет ограничение в виде лимитированных запасов теллура, которые можно быстро вовлечь в хозяйственной оборот.

Таблица 4

Основные производители ФЭП на CdTe и их мощности на 2011-2012 гг., мВт

Компания

Мощности (МВт)

First Solar, США

2370

Calyxo GmbH, Германия

60

Xunlight 26 Solar, США

20

Abond Solar, США

200

Solar EPIR Technologies, США

40

PrimeStarSolar, США

200

ФЭП на слоях диселенида меди-индия (CIGS)

Полупроводники АIВIIICVI2 относятся к полновалентным четырех-электронным химическим соединениям и являются ближайшими электронными и кристаллографическими аналогами полупроводниковых материалов типа АIIВVI . Высокая способность к поглощению солнечного излучения у плёнок CuInSe2 (CIS) позволяет создавать ТП ФЭП (рис. 6) с КПД до 11 - 13 %. В 2012 г. компания Solar Frontier совместно с исследовательской компанией NEDO, сообщили о достижении КПД 19.7 % для CIS ТП ФЭП. Добавка галлия - Cu(In,Ga)Se2 (такой материал называют CIGS) увеличивает ширину запрещенной зоны, что приводит к росту напряжения холостого хода и, следовательно, повышению КПД. Это повысило эффективность лучших образцов данных ФЭП до уровня Si-ФЭП. В 2012 г. компания Manz AG (Германия) сообщила о достигнутых исследовательскими компаниями Baden-Wьrttemberg Center for Solar Energy и Hydrogen Research (ZSW) КПД 20.3 %., что является рекордом для лабораторных ФЭП на CIGS. Лидером в 2012 г. по выпуску CIGS ФЭП является, по-видимому, MiaSole (принадлежит Haenergy) c КПД 15.5 %, достигнутым на гибкой CIGS-панели площадью 1.68 м2.

Рис. 6. Структура ТП ФЭП на CIGS

Рядом исследователей ожидается ежегодный прирост рынка ФЭП на основе CIGS более 40 % в год в период до 2015 г., однако это может лимитироваться существующей сырьевой базой, в первую очередь по индию [5, 14]. Некоторые производители ФЭП на CIS/CIGS приведены в таблице 5.

Таблица 5

Наиболее крупные компании, выпускающие ФЭП на CI(G)S

Компания

Мощность (МВтпик)

Solar Frontier, Япония

577

Nanosolar, США

10

MiaSole, США

60

Avancis , Франция

25

Global Solar Energy, США

19

Solibro

95

OrderSun, Германия

30

SoloPower, США

20

Sulfurcell Solartechnik, Германия

14

Wurth Solar, Германия

30

ФЭП на слоях аморфного (аморфно-миркоморфного) кремния

Аморфный кремний (a-Si:Н) является более дешевой альтернативой монокристаллическому кремнию. Оптическая ширина запрещенной зоны a-Si:Н 1.7 эВ близка к значению, обеспечивающему получение максимальной эффективности (1.5 эВ). Оптическое поглощение аморфного кремния в 20 раз выше, чем кристаллического, поэтому для существенного поглощения видимого света достаточно пленки а-Si:Н толщиной всего 0,5-1,0 мкм. Кроме того, благодаря существующим технологиям получения тонких пленок аморфного кремния исключаются операции резки, шлифовки и полировки. По сравнению с кремниевыми элементами изделия на основе a-Si:Н производят при более низких температурах (300° С): можно использовать дешевые стеклянные или металлические подложки, что сократит расход кремния в 20 раз. Максимальный КПД экспериментальных элементов на основе а-Si:Н ? 12 %, но возможно с развитием технологии в ближайшие годы достигнет теоретического предела, равного 16 %.

Рис. 7. Структура однокаскадного ТП ФЭП с p-i-n структурой на а- Si:Н.

Наиболее простые конструкции ФЭП из а-Si:Н были созданы на основе структуры металл-полупроводник (диод Шотки) или с p-i-n-структурой (рис. 7) [11], при этом используется ограниченная часть солнечного спектра. Для повышения эффективности преобразования солнечной энергии используются многослойные структуры состоящие из двух и более СЭ, из материалов с различной шириной запрещенной зоны (рис. 8), называемые многопереходными, каскадными или тандемными [7], поглощающими значительно большую часть солнечного спектра.

Основное направление исследований в области каскадных элементов связано с использованием арсенида галлия. Эффективность преобразования подобных ФЭП достигает 35 %. Кроме того, в каскадных элементах широко применяются аморфный кремний, сплавы на его основе (a-Si1-xCx:H, a-Si1-xGex:H), а также CuInSe2 [10].

Рис. 8. Эволюция развития каскадных ФЭП на a-Si:H, µc-SiH и Si-Ge

В России ОАО «Роснано» и группой «Ренова» в 2009 - 2012 гг. создано производство солнечных батарей по основе аморфно-микроморфного кремния. Общий объем финансирования - 20.1 млрд. руб. Доля РОСНАНО в уставном капитале ООО «Хевел» составляет 49 %, «Реновы» - 51 %. Компания открывает в городе Новочебоксарск (Чувашия) предприятие мощностью 130 мВт/год (более 1 миллиона солнечных модулей в год). Дата пробного пуска предприятия - 1 июля 2013 года, после которого еще 2 - 3 месяца понадобится для получения необходимой технической документации, и 1 ноября 2013 г. Начало выпуска продукции намечено на 1 ноября 2013 г.

ФЭП на основе соединений А3В5

В начале 1960-х годов были созданы первые ФЭП на основе кристаллического GaAs. Уступая в эффективности кремниевым, новые ФЭП были способны долго работать в космосе при значительном нагреве и радиационном воздействии. Появление ФЭП с гетероструктурой AlGaAs-GaAs позволило резко увеличить КПД, в том числе при концентрированном излучении. Гетероструктуры создают методом газофазной и молекулярной эпитаксия из паров металлоорганических соединений. Новым этапом явилось создание каскадных ФЭП на кристаллической подложке из Ge, который намного дешевле и механически прочнее GaAs. Толщина фотоактивной области гетероструктуры составляет около 1 мкм. Последовательное соединение гетерослоёв, высокочувствительных к разным длинам волн солнечного света (рис. 9), осуществляется посредством туннельных р-п-переходов. С увеличением числа каскадов фотоактивную область ФЭП можно делать всё тоньше и при этом снижаются требования к объёмным свойствам используемых полупроводников. Современный солнечный элемент на основе А3В5 представляет собой несколько эпитаксиальных слоев легированного GaInP, GaInAs или AlGaInP на подложке из Ge [8].

Трёхкаскадные ФЭП с КПД более 25 % нашли практическое применение в наземных электростанциях. Эти ФЭП представляют собой низкодефектные структуры из микронных, субмикронных и наноразмерных слоев.

При производстве современных ФЭП определяющую роль играют прецизионные маскографические и фотолитографические методы для формирования микронных и субмикронных топографических рисунков. Например, трехкаскадные ФЭП (рис. 9) включают в себя три фотоактивные области, выполненные из трёх полупроводников GaInP/GaAs/Ge с шириной запрещенной зоны, уменьшающейся от фронтальной освещаемой поверхности фотопреобразователя в сторону его тыльной поверхности. Дальнейшее увеличение КПД ФЭП связывается с разработкой ФЭП с 4,5 и более переходами и с применением в элементах квантовых ям или точек [8, 11]. При большем количестве субэлементов и использовании новых материалов возможно дальнейшее увеличение КПД [8, 11]. Количество компаний, занимающихся разработкой ТП ФЭП с высоким КПД основе A3B5 на Ge-подложке существенно меньше. В их число входят Sharp (Япония), Emcore Photovoltaics (США), AZUR Space GmbH(Германия), Spectrolab (США), ОАО «НПП «Квант» и ОАО «Сатурн» (Россия) [14].

Рис. 9. Структура 3-х каскадного элемента на основе А3В5.

ТП ФЭП на основе органических и гибридных материалов

Среди разрабатываемых ТП ФЭП следующего поколения важное место занимают батареи, использующие органические и гибридные материалы [6]. Перспективными являются пластиковые солнечные батареи, в которых в качестве рабочих материалов используются смеси органических полупроводников p- и n-типов, хорошо растворимые в органических растворителях. Благодаря этому они могут наноситься методом печати на гибкие полимерные подложки. Эта технология разработана и находится на стадии коммерциализации у многих западных компаний.

Есть две основные конфигурации органических ФЭП: это батареи планарного типа, в которых фотоактивные компоненты наносятся отдельными слоями и батареи с объёмным гетеропереходом, в которых есть только один фотоактивный слой, представляющий смесь донора и акцептора (рис. 10).

В батареях обоих типов под действием света происходит фотоиндуцированный перенос электрона от донорного соединения к акцепторному. В слоистых ячейках этот процесс протекает на границе раздела слоев донора и акцептора. В батареях с объёмным гетеропереходом разделение зарядов происходит по всему объёму активного слоя батареи на чрезвычайно сильно развитой поверхности, разделяющей фазы донора и акцептора. Структуру объёмного гетероперехода можно представить себе в виде двух взаимопроникающих трёхмерных сетей из донорных и акцепторных материалов в активном слое. После разделения зарядов электроны будут перемещаться к электроду в слое акцепторного материала (материала n-типа), а дырки ? в слое донорного материала (p-типа).

а) б)

Рис. 10. Структура типичной планарного ФЭП (а) и батареи c объёмным гетеропереходом (б) [6]

Существенный прогресс в создании эффективных ФЭП планарного типа достигнут при использовании фуллерена C60 в качестве акцепторного материала в солнечных батареях в комбинации с фталоцианинами металлов (MPc). Сообщается об эффективностях преобразования света 2,0 - 2,5 % для систем C60/MPc (M=Cu, Zn) по состоянию на конец 2012 г.

На сегодняшний день лучшими материалами для органических солнечных батарей типа объёмный гетеропереход являются соединения фуллеренов (n-тип) и полисопряженные полимеры (p-тип).

Рис. 11. Молекулярные формулы материалов, наиболее часто используемых для батарей с объёмным гетеропереходом [6].

В течение последних лет во всех модельных органических солнечных батареях использовалась система [60] РСВМ/MDMO-PPV, где [60] РСВМ -- это циклопропановое производное C60, а MDMO-PPV -- замещённый парафенилен-винилен (рис. 11). Максимальная эффективность преобразования света для этой системы составляет 2,5 - 2,6 % при оптимизации всех её параметров, что близко к теоретическому максимуму для системы [60] РСВМ/MDMO-PPV. Повышения плотности фототока ФЭП удалось добиться путём замены акцепторного материала на основе фуллерена C60 на аналогичное соединение C70 ? РСВМ [70] с более широким спектром поглощения в видимой области, что позволило улучшить светопоглощение в активном слое батареи и увеличить КПД до 3,0 %.

Следующим шагом на пути развития органической фотоэнергетики стало использование региорегулярных поли(3-алкилтиофенов) в качестве донорных материалов, в частности, поли(3-гексилтиофена) (Р3НТ) [6], важным преимуществом которого является самоорганизация в плёнках при повышенных температурах с образованием так называемых ламинарных структур с очень высокой подвижностью дырок до 10?2см2/Вс. Основным же преимуществом Р3НТ перед MDMO-PPV является более широкий спектр поглощения (почти до 700 нм) в плёнках, что позволяет достигать плотностей тока ФЭП до 11 - 12 мA/см2. Максимальная эффективность оптимизированных устройств на основе системы Р3НТ/РСВМ немного превышает 4,0 % (теоретический максимум ~ 4,5 %.

В последние годы большое внимание уделяется разработке солнечных батарей с использованием гибридных материалов на основе полупроводниковых нанокристаллов или коллоидных квантовых точек (ККТ), обладающих уникальными оптическими и электронными свойствами. Изменяя размер ККТ, можно изменять ширину запрещённой зоны оптимизируя поглощение солнечного излучения, а также контролировать перенос заряда через границу раздела. Кроме того, ККТ обладают высоким коэффициентом поглощения, высокой подвижностью носителей заряда, высокой фотостабильностью по сравнению с органическими хромофорами, а также могут быть приготовлены в больших количествах. Одним из преимуществ использования ККТ является то, что такие батареи могут быть изготовлены с помощью рулонных технологий (roll-to-roll).

В настоящее время исследуются несколько разных конструкций солнечных батарей с использованием ККТ, в частности, гибридные солнечные батареи на основе объёмного гетероперехода «сопряжённый полимеp- ККТ, солнечные батареи на гетеропереходе полупроводник-полупроводник, когда в активном слое смешиваются два типа ККТ, и солнечные батареи на ФЭП, сенсибилизированных красителем, в которых ККТ выполняют роль спектрального сенсибилизатора [6 - 8].

Заключение

Основные тенденции развития технологий, применения и рынка ФЭП показывают, что у них есть многообещающее будущее. Пока солнечная энергетика, по состоянию на начало 2013 г. в целом является отраслью, которую поддерживают государства развитых стран, компенсируя потребителям (по разным механизмам) более высокую стоимость «солнечного» кВт·часа. Но уже в период 2013 - 2014 гг. во многих районах мира (в первую очередь на юге Европы и США, а также в южных провинциях Японии и Китая) стоимость «солнечного» кВт•часа уже сравняется со стоимостью традиционного значения этого параметра. Производителей стимулирует потенциально гигантский рынок солнечных батарей, в том числе устанавливаемых на крышах зданий. Растущий интерес к изделиям фотовольтаики для космонавтики, телекоммуникаций и портативных источников питания также является ключевым фактором развития отрасли в целом. Основные усилия исследователей сосредоточены на повышении эффективности фотоэлектрического преобразования, снижении стоимости материалов и производства, повышении надежности приборов, на внедрении новых тонкопленочных технологий вместе с развитием моно- и поликристаллических Si технологий, пока доминирующих на рынке.

До 2012 г. рост изделий тонкопленочной фотоэнергетики составлял 40 % ежегодно. В силу невысокой стоимости производства ТП ФЭП считались лидерами низкой стоимости модулей по сравнению с кремниевыми пластинами. Несмотря на меньший КПД, в ряде конкретных случаев, строительство крупной солнечной станции оказывалось выгоднее производить из ТП ФЭП, чем из более эффективных, но и более дорогих c-Si ФЭП (табл. 1).

В настоящее время промышленными являются 5 различных технологий ТП ФЭП: a-Si, a-Si/µc-Si (аморфно-микроморфные), CdTe, CIGS, многокаскадные пре-образователи на основе соединений А3В5 на Ge-подложке. Органические ТП ФЭП в 2013 г. только вступают в стадию коммерциализации. Продлятся и усилятся тенденции увеличения эффективности промышленно освоенных ТП ФЭП (рис. 12).

Продолжится развитие направление, связанного с CdTe ? по прогнозам оно останется лидером снижения стоимости и к 2017 г. достигнет себестоимости производства 0.48 $\Вт. По прогнозам, к 2017 г. CIGS достигнет себестоимости производства 0.50 $/Вт, практически сравнявшись по экономическим показателям с сегодняшним лидером - c-Si. CdTe и CIGS имеют хорошие перспективы, которые ограничены наличием используемых материалов - теллуром, индием, галлием [9, 14].

Однако, кризис перепроизводства (рис. 13, сплошная кривая) в солнечной индустрии, который начался в 2011 - 2012 гг. и продлится, как минимум, до 2016 г., заставил производителей c-Si ФЭП резко снизить производственные затраты. Основой для этого послужило значительное перепроизводство и резкое удешевление поликристаллического Si (рис. 13, пунктирная кривая). Производители Si-ФЭП (моно- и мульти) к 2016-2017 г. по прогнозам сравняются по удельным экономическим показателям производства с ТП ФЭП. При этом стоит отметить, что более низкая капиталоемкость производства ТП ФЭП остается их неизменным конкурентным преимуществом.

В связи с кризисом перепроизводства в солнечной энергетике, который особенно сильно проявился в области c-Si ФЭП, цены на них стали падать быстрее, чем ожидалось ранее (рис. 14). При этом достигнутый в промышленных масштабах высокий КПД c-Si ФЭП остается сильным конкурентным преимуществом этого класса ФЭП.

Представляется, что из изложенного можно сделать два вывода:

? в среднесрочной перспективе, как объемные ФЭП на основе c-Si, так и ТП ФЭП различных типов, останутся в равной мере «мэйнстримом» коммерческого развития солнечной энергетики, занимая каждый свою нишу без преимуществ одного из направлений. Однако в каждой «ветви» развития солнечной энергетики обострится процесс слияний, поглощений, выбывания наиболее неэффективных производителей.

- ТП ФЭП, видимо, смогут обрести ранее обещанное рядом аналитиков экономическое и технологическое преимущество не в ближнесрочной перспективе, а когда получит промышленное развитие ТП ФЭП следующего поколения: каскадные ТП ФЭП на основе твердых растворов Si-Ge, органические ТП ФЭП и пр. Дальнейшее развитие получат также каскадные ТП ФЭП на основе А3В5. Для повышения КПД и улучшения экономических показателей будут разработаны гетероструктуры нового поколения с использованием квантово-размерных слоев и новых материалов, как в активных областях, так и в коммутирующих их туннельных диодах. Прогнозы о росте КПД ФЭП основаны на возможности дальнейшего совершенствования их конструкции и улучшения качества полупроводникового слоя. Для уменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП будут применяться:

Рис. 12. Прогноз роста среднего промышленного к.п.д. ТП ФЭП различных типов [14].

Рис. 13. Ожидаемое производство ФЭП (всех типов) и их возможная инсталляция 12].

тонкопленочный солнечный энергетика фотоэлектрический

- использование полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённой зоны;

- направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём создания встроенных электрических полей;

- переход от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;

- оптимизация конструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n-перехода, толщины базового слоя, частоты контактной сетки и др.);

- применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование.

Рис. 14. Сравнительная цена ТП ФЭП по разным технологиям и прогноз [12].

Литература

1. Renewables Global Status Report 2010. RNE21, 2011 // www. REN21.net/reports.

2. Наумов А.В., Плеханов С.И. «О сырьевых ограничениях развития солнечной энергетики в 2012-2020 гг.»//IX Международная Конференция по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, наноразмерных структур и приборов на его основе («Кремний-2012»), С-П., 10 - 13 июля 2012 г, с. 120 - 121.

3. “Solar PV markets and Industry Today and Tomorrow, Global Vision”//EuDP Recearch, 2011// http://eupd-research.com/.reports

4. Global Trends in Sustainable Energy Investment 2010. Bloomberg New Energy Finance, 2010.

5. US Geological Survey Publications, http://minerals. usgs. gov.

6. Разумов В.Ф., Алфимов М.В. Прогресс в области исследования и разработок органических и гибридных материалов для нанофотоники. Труды МФТИ. 2011, т. 3, № 4, с. 22 - 32.

7. Казанский А.Г. Фотоэлектрические свойства микрокристаллического кремния// Материалы электронной техники. Изв. ВУЗов, № 1, 2009, с. 12 - 21.

8. Алферов Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики//Физика и техника полупроводников, 2004, т. 38, вып. 8, с. 937 - 948.

9. N. A. Kul'chitskii, and A. V. Naumov «State of Markets of Cadmium, Tellurium, and Related Compounds»//Russian Journal of Non_Ferrous Metals, 2010, Vol. 51, No. 6, pp. 500 - 506, 2010.

10. Мейтлин М. Фотовольтаика: материалы, технология перспективы Электроника: наука, технология, бизнес 2000, № 6, с. 40 - 46.

11. Жалнин Б.В., Каган М.Б., Семенов В.А. и др. Разработка и создание опытного производства наноструктурных каскадных ФЭП в системе А3В5//Автономная энергетика: технический прогресс и экономика, № 29, 2009, с. 12 - 22.

12. Thin Film 2012-2016: Technologies, Markets, and Strategies for Survival//Отчет http://www.greentechmedia.com/

13. Light S., Khaselev O., Ramakrishna P.A., Faiman D., Katz E.A., Shames A., Goren S. Fullerene Photoelectrochemical Solar Cells. - Solar Energy Materials and Solar Cells, 51(1998), p. 9 - 19.

14. Обзор рынка солнечных фотоэлементов на некремниевой основе и материалов для их производства в мире//М: «Инфомайн», 2011, 121 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Определение основных достоинств и недостатков солнечной энергетики при исследовании перспектив её развития. Изучение устройства и действия наземных солнечных установок и космических солнечных станций. Методические разработки темы "Солнечная энергетика".

    курсовая работа [88,1 K], добавлен 27.01.2011

  • Солнечная энергетика. История развития солнечной энергетики. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Достоинства и недостатки использования солнечной энергетики. Типы фотоэлектрических элементов. Технологии солнечной энергетики.

    реферат [19,4 K], добавлен 30.07.2008

  • Особенности развития солнечной энергетики в мире, возможность реализации такого оборудования на территории Республики Беларусь. Разработка базы данных для оценки характеристик и стоимости оборудования солнечной энергетики и его использования в РБ.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 02.05.2012

  • Применение солнечных батарей: микроэлектроника, электромобили, энергообеспечение зданий и городов, использование в космосе. Эффективность фотоэлементов и модулей при правильном подборе сопротивления нагрузки. Производители фотоэлектрических элементов.

    практическая работа [260,9 K], добавлен 15.03.2015

  • Достоинства и недостатки солнечной энергетики. Направления научных исследований: фундаментальные, прикладные и экологические. Типы фотоэлектрических элементов: твердотельные и наноантенны. Альтернативное мнение на перспективы солнечной энергетики.

    презентация [11,7 M], добавлен 21.01.2015

  • Обзор технологий и развитие электроустановок солнечных электростанций. Машина Стирлинга и принцип ее действия. Производство электроэнергии с помощью солнечных батарей. Использования солнечной энергии в различных отраслях производства промышленности.

    реферат [62,3 K], добавлен 10.02.2012

  • Анализ мировых аспектов развития солнечной электроэнергетики. Изучение опыта развитых стран в сфере решения технических и экономических проблем эксплуатации солнечных электрических станций различных видов. Оценка положения дел в энергосистеме Казахстана.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 07.07.2015

  • Вольтамперная характеристика фотоэлемента. Анализ изменения эффективности различных типов полупроводниковых преобразователей солнечной энергии. Изучение параметров органических и гибридных фотоэлементов. Концепция объемного и планарного гетеро-перехода.

    презентация [2,0 M], добавлен 25.11.2014

  • Схема монохроматора, используемого для исследования фотоэлектрических свойств полупроводников. Экспериментальные результаты исследования спектральной зависимости фотопроводимости. Зависимость фотопроводимости сульфида кадмия от интенсивности облучения.

    лабораторная работа [176,4 K], добавлен 06.06.2011

  • Применение нетрадиционной энергетики в строительстве энергоавтономных экодомов. Четыре альтернативные системы получения энергии: установка "солнечных батарей" из фотоэлектрических панелей; солнечные коллекторы; ветроэнергетические установки и миниГЭС.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 31.05.2013

  • Производство электроэнергии различными способами. Фотоэлектрические установки, системы солнечного теплоснабжения, концентрирующие гелиоприемники, солнечные коллекторы. Развитие солнечной энергетики. Экологические последствия развития солнечной энергетики.

    реферат [315,1 K], добавлен 27.10.2014

  • История открытия солнечной энергии. Принцип действия и свойства солнечных панелей. Типы батарей: маломощные, универсальные и панели солнечных элементов. Меры безопасности при эксплуатации и экономическая выгода применения солнечной системы отопления.

    презентация [3,1 M], добавлен 13.05.2014

  • Определение тепловой мощности объекта. Построение годового графика теплопотребления. Интенсивность прямой и рассеянной солнечной радиации. Площадь солнечных коллекторов. Годовой график теплопоступления. Подбор бака-аккумулятора и котла-дублера.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.01.2012

  • Потенциал и сферы использования солнечной энергии, которая трансформируется в другие формы: энергию биомассы, ветра или воды. Механизм действия солнечных коллекторов и систем, тепловых электростанций, фотоэлектрических систем. Солнечная архитектура.

    курсовая работа [420,7 K], добавлен 07.05.2011

  • Состояние атомной энергетики. Особенности размещения атомной энергетики. Долгосрочные прогнозы. Оценка потенциальных возможностей атомной энергетики. Двухэтапное развитие атомной энергетики. Долгосрочные прогнозы. Варианты структуры атомной энергетики.

    курсовая работа [180,7 K], добавлен 13.07.2008

  • Область применения солнечных коллекторов. Преимущества солнечных установок. Оптимизация и уменьшение эксплуатационных затрат при отоплении зданий. Преимущества использования вакуумного солнечного коллектора. Конструкция солнечной сплит-системы.

    презентация [770,2 K], добавлен 23.01.2015

  • Потенциальные возможности солнечной энергии, способы ее аккумулирования и преобразования в энергию, необходимую человеку для производственных и бытовых нужд. Развитие возобновляемой энергетики в России и на Урале. Установка солнечных батарей на зданиях.

    реферат [32,8 K], добавлен 31.10.2012

  • Применение солнечных электростанций, их виды и типы. Направления научных исследований в солнечной энергетике. Фотоэлемент в освещении зданий, солнечные коллекторы, водонагреватели, солнечный транспорт. Крупнейшие фотовольтаические электростанции мира.

    реферат [30,7 K], добавлен 02.05.2010

  • Исследование особенностей технологических путей создания микрорельефа на фронтальной поверхности солнечных элементов на основе монокристаллического кремния. Основные фотоэлектрические параметры полученных структур, их анализ и направления изучения.

    статья [114,6 K], добавлен 22.06.2015

  • Мировой опыт развития атомной энергетики. Испытание атомной бомбы. Пуск первой АЭС опытно-промышленного назначения. Чернобыльская авария и ее ущерб людям и народному хозяйству страны. Масштабное строительство атомных станций. Ресурсы атомной энергетики.

    курсовая работа [43,7 K], добавлен 15.08.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.