595

15.4. ENERGETYKA SŁONECZNA

złącze p-n. Dlatego prąd mniejszościowy będzie płynął, jeżeli zostaną wytworzone nośniki mniejszościowe w pobliżu obszaru ładunku przestrzennego.

Jeżeli złącze p-n zostanie oświetlone i energia fotonów będzie wystarczająca do przeniesienia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, to wówczas powstałe nośniki ładunku (nośniki mniejszościowe) zostaną rozdzielone, wędrując odpowiednio: dziury do warstwy p, a elektrony do warstwy n. Powoduje to powstanie na złączu p-n zewnętrznego napięcia elektrycznego - zjawisko fotowoltaiczne. Złącze p-n działa jak ogniwo elektryczne. Podłączając odbiornik, zamyka się obwód i następuje przepływ elektronów obwodem zewnętrznym z warstwy n do p, gdzie w złączu p-n elektrony rekombinują z dziurami.

Jeżeli w sposób ciągły fotony o odpowiedniej mocy będą docierać do pasma walencyjnego, to otrzyma się ogniwo przetwarzające energię słoneczną na energię elektryczną. Nie wszystkie fotony mają odpowiednią moc do wybicia elektronów. Może tego dokonać promieniowanie o długości fali mniejszej niż 0,64 pm [15.41], Wamnek ten spełnia tylko 30% promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi.

Ogniwa fotoelektryczne są wykonywane głównie z mono- lub polikrystalicznego krzemu. Ogniwa, w których obie warstwy p i n wykonane sąz tego samego materiału, nazywane są ogniwami monokrystalicznymi p-n. Ogniwa budowane z wielu kryształów tego samego materiału nazywane są ogniwami polikrystalicznymi (tańsze i o mniejszej sprawności).

Typowe ogniwo słoneczne ma powierzchnię czynną ok. 100 cm² (10 x x 10 cm). Dolna strona elementu jest całkowicie metalizowana, odbija ona niezaabsorbowane fotony z powrotem ku górze i jest jednocześnie jedną z elektrod. Drugą elektrodę stanowi nałożona (np. metodą próżniową) siatka, która pokrywa ok. 7% powierzchni fotoogniwa i dodatkowo posiada warstwy przeciwodblaskowe (np. z dwutlenku tytanu). Przy gęstości mocy promieniowania słonecznego 1000 W/m² daje to napięcie przy otwartym obwodzie U_a = 0,6 V. Bateria słoneczna (moduł fotowoltaiczny) składa się z 18 lub 36 elementów krzemowych połączonych szeregowo i umieszczonych pomiędzy dwiema płytami szklanymi o grubości 3 -h h-5 mm hartowanymi w celu zwiększenia ich wytrzymałości mechanicznej. Następnie ogniwa są laminowane folią w temperaturze 150°C i obramowane obudową, która wraz z laminatem chroni przed czynnikami atmosferycznymi.

W tablicy 15.5 podano wybrane parametry techniczne przykładowych modułów fotowoltaicznych.

Użyteczna moc ogniwa monokrystalicznego krzemowego zmniejsza się ze wzrostem temperatury o ok. 0,3 — 0,6%/K.

Zastosowanie arsenku galu oraz siarczku kadmu poprawia sprawność i moc oraz wpływa na obniżenie kosztów produkcji generatorów fotowoltaicznych.

Ogniwa monokrystaliczne są drogie, dlatego usilnie poszukuje się innych rozwiązań, m.in. wprowadza się ogniwa cienkowarstwowe (grubość rzędu kilku mikrometrów) z krzemem amorficznym (bezpostaciowym). Obecnie dostępne są ogniwa cienkowarstwowe typu CIS - ogniwa polikrystaliczne bazujące na selenku indowo-miedziowym CułnSe₂; są one tanie w produkcji.

595