A fotocella egy elektronikus eszköz , amely a fotonenergiát elektromos energiává alakítja . Elektrovákuum és félvezető fotocellákra oszthatók [1] . A készülék működése fotoelektronikus emisszión vagy belső fotoelektromos hatáson alapul [2] . Az első külső fotoelektromos effektuson alapuló fotocellát Alekszandr Stoletov készítette a 19. század végén.
Energetikai szempontból a napenergia elektromos energiává alakítására a leghatékonyabb eszközök a félvezető fotovoltaikus átalakítók (PVC), mivel ez egy közvetlen, egyfokozatú energiaátmenet. A kereskedelemben gyártott napelemek hatásfoka átlagosan 16%, a legjobb minták esetében akár 25% [3] . Laboratóriumi körülmények között 43,5%-os [4] , 44,4%-os [5] , 44,7%-os [6] hatékonysági szintet már sikerült elérni .
Az egyenirányító diódák és a fénynek megfelelő elektromágneses sugárzási frekvenciák hatékony antennáinak hiánya még nem teszi lehetővé olyan fotoelektromos átalakítók létrehozását, amelyek a kvantum tulajdonságait elektromágneses hullámként használják, amely változó EMF-et indukál a dipólus antennában, bár elméletileg ez lehetséges. . Az ilyen eszközöktől nemcsak jobb hatásfok, hanem kisebb hőmérsékletfüggés és időbeli leromlás is várható.
Az energia átalakítása a napelemekben a fotoelektromos effektuson alapul , amely napsugárzás hatására inhomogén félvezető szerkezetekben lép fel.
A FEP szerkezet heterogenitását úgy érhetjük el, hogy ugyanazt a félvezetőt különböző szennyeződésekkel adalékoljuk ( pn átmenetek hozzuk létre ), vagy különböző félvezetőket kombinálunk egyenlőtlen sávrésszel - az elektron atomról való leválásának energiájával ( heteroátmenetek létrehozása ), vagy a félvezető kémiai összetételének megváltoztatásával, ami sávszélesség-gradiens megjelenéséhez vezet (graded-gap struktúrák létrehozása). Ezen módszerek különféle kombinációi is lehetségesek.
A konverziós hatásfok az inhomogén félvezető szerkezet elektrofizikai jellemzőitől, valamint a napelemek optikai tulajdonságaitól függ, amelyek között a fényvezető képesség játssza a legfontosabb szerepet. Ennek oka a napfény által besugárzott félvezetők belső fotoelektromos hatásának jelensége .
A napelemek fő visszafordíthatatlan energiaveszteségei a következőkhöz kapcsolódnak:
A napelemek mindenféle energiaveszteségének csökkentése érdekében különféle intézkedéseket dolgoznak ki és alkalmaznak sikeresen. Ezek tartalmazzák:
Szintén a napelemek hatásfokának jelentős növelése a kétoldali érzékenységű konverterek létrehozásával (az egyik oldal már meglévő hatásfokának +80%-áig), a lumineszcens-re-emittáló szerkezetek, Fresnel alkalmazásával. lencsék , a napspektrum előzetes felbontása két vagy több spektrális tartományra többrétegű filmnyalábosztók ( dikroikus tükrök ) segítségével , majd a spektrum minden szakaszának külön napelemmel történő átalakítása stb .
A naperőművekben (SPS) különböző típusú napelemek használhatók, de nem mindegyik felel meg a rendszer követelményeinek:
Egyes ígéretes anyagokat nehéz a naperőmű létrehozásához szükséges mennyiségben beszerezni az alapanyag korlátozott természeti erőforrásai vagy a feldolgozás bonyolultsága miatt.
Magas termelékenység csak egy teljesen automatizált, például szalagos technológián alapuló napelemgyártás megszervezésével és a megfelelő profilú szakosodott vállalkozások fejlett hálózatának, vagyis egy egész iparág létrehozásával érhető el. . A fotocellák gyártása és a napelemek automatizált vonalakon történő összeszerelése többszörösen csökkenti az akkumulátor költségét.
A szilícium , a Cu(In,Ga)Se 2 és a gallium-arzenid (GaAs) a SES fotocellák legvalószínűbb anyaga , utóbbi esetben pedig AlGaAs-GaAs szerkezetű heterofotokonverterekről (HFP) beszélünk .
Ezen kívül fotocellákat használnak védőberendezésekben, ipari folyamatirányító rendszerekben, vegyelemző készülékekben, tüzelőanyag égésszabályozó rendszerekben, hőmérséklet-szabályozásban, tömeggyártás minőségellenőrzésében, világításmérésekben, szintjelzőkben, számlálókban, szinkronizálásra, automatikus ajtónyitásra, időrelékben , a felvevő eszközökben. [7]