Fotočlánek je elektronické zařízení , které přeměňuje energii fotonů na elektrickou energii . Dělí se na elektrovakuové a polovodičové fotočlánky [1] . Činnost zařízení je založena na fotoelektronické emisi nebo vnitřním fotoelektrickém jevu [2] . První fotočlánek založený na vnějším fotoelektrickém jevu vytvořil Alexander Stoletov na konci 19. století.
Z energetického hlediska jsou nejúčinnějšími zařízeními pro přeměnu sluneční energie na elektrickou energii polovodičové fotovoltaické konvertory (PVC), protože se jedná o přímý jednostupňový přenos energie. Účinnost komerčně vyráběných solárních článků je v průměru 16 %, u nejlepších vzorků až 25 % [3] . V laboratorních podmínkách již bylo dosaženo úrovní účinnosti 43,5 % [4] , 44,4 % [5] , 44,7 % [6] .
Nedostatek usměrňovacích diod a účinných antén pro frekvence elektromagnetického záření odpovídající světlu zatím neumožňuje vytvořit fotoelektrické konvertory, které využívají vlastnosti kvanta jako elektromagnetické vlny, která indukuje proměnnou EMF v dipólové anténě, i když teoreticky je to možné. . Od takových zařízení by se dalo očekávat nejen lepší účinnost, ale také menší teplotní závislost a degradaci v čase.
Přeměna energie v solárních článcích je založena na fotoelektrickém jevu , ke kterému dochází v nehomogenních polovodičových strukturách při vystavení slunečnímu záření.
Heterogenitu struktury FEP lze získat dopováním stejného polovodiče různými nečistotami ( vznik pn přechodů ) nebo kombinací různých polovodičů s nestejným zakázaným pásem - energie odtržení elektronu od atomu ( vznik heteropřechodů ), nebo změnou chemického složení polovodiče, což vede ke vzniku gradientu bandgap (vytváření struktur s odstupňovanou mezerou). Možné jsou také různé kombinace těchto metod.
Účinnost konverze závisí na elektrofyzikálních charakteristikách nehomogenní polovodičové struktury a také na optických vlastnostech solárních článků, mezi nimiž hraje nejdůležitější roli fotovodivost. Je to kvůli jevu vnitřního fotoelektrického jevu v polovodičích, když jsou ozařovány slunečním světlem.
Hlavní nevratné ztráty energie v solárních článcích jsou spojeny s:
Pro snížení všech typů energetických ztrát v solárních článcích se vyvíjejí a úspěšně uplatňují různá opatření. Tyto zahrnují:
Rovněž bylo dosaženo výrazného zvýšení účinnosti solárních článků vytvořením konvertorů s oboustrannou citlivostí (až + 80 % k již existující účinnosti jedné strany), použitím luminiscenčních reemitujících struktur, Fresnel čočky , předběžný rozklad slunečního spektra na dvě nebo více spektrálních oblastí pomocí vícevrstvých filmových děličů paprsků ( dichroických zrcadel ) s následnou konverzí každé části spektra samostatným solárním článkem atd.
V solárních elektrárnách (SPS) lze použít různé typy solárních článků, ale ne všechny splňují soubor požadavků na tyto systémy:
Některé perspektivní materiály je obtížné získat v množstvích nezbytných pro vytvoření solární elektrárny kvůli omezeným přírodním zdrojům suroviny nebo složitosti jejího zpracování.
Vysoké produktivity lze dosáhnout pouze organizací plně automatizované výroby solárních článků, například na bázi páskové technologie, a vytvořením rozvinuté sítě specializovaných podniků vhodného profilu, což je ve skutečnosti celé odvětví. . Výroba fotočlánků a montáž solárních baterií na automatizovaných linkách zajistí mnohonásobné snížení ceny baterie.
Za nejpravděpodobnější materiály pro fotočlánky SES jsou považovány křemík , Cu(In,Ga)Se 2 a arsenid galia (GaAs) , v druhém případě hovoříme o heterofotokonvertorech (HFP) se strukturou AlGaAs-GaAs.
Kromě toho se fotobuňky používají v ochranných zařízeních, systémech řízení průmyslových procesů, chemických analyzátorech, systémech řízení spalování paliva, řízení teploty, řízení kvality hromadné výroby, měření osvětlení, indikátory hladiny, počítadla, pro synchronizaci, pro automatické otevírání dveří, v časových relé , v záznamových zařízeních. [7]