ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ МОДУЛИ НА ОСНОВЕ АМОРФНОГО И МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ И НА ОБОРУДОВАНИИ ФИРМЫ «OERLIKON SOLAR»

Как уже отмечалось во введении, проблемой традиционной солнечной фотоэнергетики является высокая стоимость монокристаллических крем­ниевых солнечных батарей — основного материала на рынке солнечной энергетики.

Стоимость СБ их эффективность влияют на стоимость электроэнергии, вырабатываемой солнечными электростанциями. Соотношение стоимости «солнечной» и «сетевой» электроэнергии определяет географию экономиче­ски эффективной эксплуатации солнечных электростанций в странах с раз­витыми электросетями. Именно превышение стоимости «солнечной» элек­троэнергии над «сетевой» (без учёта специальных стимулирующих тарифов для возобновляемой энергетики) в развитых странах сдерживает активное распространение солнечной энергетики. Решить задачу удешевления «сол­нечной» электроэнергии возможно путём если перейти на более дешевые тонкопленочные технологии изготовления солнечных элементов.

c-Si

• основная технология получения СЭ (первое поколение)

• высокая стоимость производства солнечных модулей

• в перспективе займет свою нишу применения

a-Si и mc-Si

• начало производства (второе поколение)

• низкая стоимость при производстве солнечных модулей

CuInSe2/Cu (In1-xGax)Se2

• находится на стадии внедрения в производство

• наилучший материал для СЭ на гибкой подложке

• недостаток-дефицит In

CdTe

• возможность использования простых методов получения, пригодных для промышленного внедрения

• выпускается в ограниченных объемах

• недостаток-токсичность Сd, и ограниченность ресурсов Cd и Te в мире

Рис. 10.1. Стоимость 1 Вт энергии в солнечном модуле, получаемая при использовании различных материалов

Перспективным путём решения этих проблем является применение гете­роструктурных каскадных фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного гидрогенизированного кремния и сплавов на его основе (рис. 10.1).

Открытие в 1976 г. возможности легирования аморфного кремния a-Si:H, полученного в плазме тлеющего разряда, положило начало использованию его исключительных фотопроводимых свойств, связанных с сильным погло­щением в области длин волн, соответствующих видимой части спектра. От­крытие технологических путей получения тонких пленок этого материала и других аморфных гидрогенизированных полупроводников дало мощный тол­чок развитию новой, крайне необходимой технологии в области возобнов­ляемой энергетики — технологии создания дешевых солнечных элементов.

Объем рынка солнечных элементов на сегодняшний день составляет по­рядка 1 ГВт. На долю тонкопленочных солнечных элементов приходится 15 % и наблюдается более быстрый рост в этом сегменте рынка, что прежде всего связано с решением основной проблемы стоящей перед технологами — по­вышение эффективности преобразователей солнечной энергии и снижения стоимости солнечных модулей. Возьмем для сравнения кристаллический кремний — основной материал современной солнечной энергетики, понимая, что его стоимость определяет энергозатратный процесс получения этого ма­териала и его долю в самом солнечном элементе. При таком подходе трудно ожидать снижение удельной стоимости солнечных модулей менее 2,5 дол./Вт.

Эволюция основных технологических принципов производства тонкоп­леночных кремниевых элементов (низкозатратные технологические процессы, дешевые подложки, другой дизайн модулей и т. д) уже сегодня обеспечивает в лабораторных условиях эффективность сравнимую с элементами на основе поликристаллического кремния, а темпы снижения себестоимости тонкопле­ночных солнечных модулей значительно выше, чем модулей на основе кри­сталлического кремния [7]. В настоящее время реальной задачей тонкопленоч­ной фотовольтаики является достижение цены порядка 0,5-0,65 дол./Вт. Ис­пользование таких материалов как аморфный карбид кремния a-Si:C, аморф­ных кремний - германиевых сплавов a-SiGe:H, наноструктурированного и мик­рокристаллического кремния вместе с успехами в технологии управления ти­пом их проводимости и созданием ^-«-переходов на основе новых структур позволяет снять некоторые фундаментальные ограничения, связанные с опти­ческими и электрофизическими свойствами прежних материалов, и открывают возможность решения проблем обусловленных увеличением эффективности солнечных элементов при одновременном снижении их стоимости.

По прогнозам экспертов к 2030 г. солнечная фотоэнергетика превра­тится в большой экономический сектор во всем мире. В Европе фотоволь - таика станет мощной индустрией со значительным экспортным потенциа-

138

лом. Предполагается, что в ЕС появится от 200 до 400 тыс. рабочих мест при годовом производстве 20-30 ГВт.