Scan0016 (9)

222

14. Ogniwa fotowoltaiczne

Rysunek 14.2

Charakterystyka prądowo-napięciowa (/,[/) oświetlonego fotoogniwa a-Si

fi

Rysunek 14.3

U/U₀-»

Wpływ nasłonecznienia na charakterystykę (/,£/) ogniwa a-Si

Maksymalną moc P_max = I_maxU_max, wydzieloną na rezystancji obciążenia, przedstawiono na rys. 14.2 jako pole zaciemnionego prostokąta o największej powierzchni przy danym natężeniu promieniowania.

Teoretycznie sprawność ta nie może przekroczyć dla amorficznego ogniwa krzemowego (a-Si) 21%, stąd dla maksymalnej mocy promieniowania słonecz-

14.2. Mechanizm efektu fotowoltaicznego    223

nego 1000 W/m² można maksymalnie z ogniwa słonecznego otrzymać 210 W/m² mocy elektrycznej.

W rzeczywistości moc uzyskiwana w tego typu ogniwach jest mniejsza na skutek strat spowodowanych następującymi czynnikami:

—    ok. 55% mocy fotonów promieniowania słonecznego ma energię za małą (23%), aby wybić elektron z sieci krystalicznej krzemu, dla którego energia ta wynosi E = 1,1 eV lub ma energię za dużą (32%);

—    odbiciem promieniowania wynoszącym ok. 36%, ale dla powierzchni odpowiednio fakturowanej i pokrytej antyrefleksyjną powłoką już tylko 5%;

—    rezystancją ogniwa;

—    wpływem temperatury ogniwa, gdyż podwyższona temperatura przyśpiesza proces rekombinacji dziur i w efekcie powoduje zwiększenie wartości prądu wstecznego.

Poprawienie sprawności jest możliwe głównie przez:

—    zwiększenie współczynnika FF przez bardziej zaawansowaną technologię;

—    zmniejszenie odbić przez zastosowanie powłok antyrefleksyjnych;

—    zmianę materiału, z którego jest wykonane ogniwo; przykładowo w stosunku do krzemu amorficznego sprawność ogniwa polikrystalicznego zwiększa się 1,4 razy, monokrystalicznego 1,8 razy, ogniwa z arsenku galu (GaAs) 2,2 razy, ogniwa GaAs/GaAsAl monokrystalicznego i heterozłączowego 2,3 razy i ogniwa AlGaAs/Si monolitycznego dwuzłączowego sprawność wzrasta aż 2,85 razy;

—    zmniejszenie temperatury powierzchni adsorpcyjnej (wpływ temperatury na sprawność ogniwa jest przedstawiony na rys. 14.4);

—    zastosowanie koncentratorów promieniowania słonecznego (rys. 14.7) [14.2, 14.3, 14.9].

Rysunek 14.4

Wpływ temperatury na sprawność różnych ogniw