Монокристаллические ячейки для солнечных батарей

Все серийные солнечные фотомодули изготавливаются из кремниевых пластин. И это вполне логично. Дело в том, что кремний – не просто самый распространенный p-n проводник. Он еще и довольно дешев и прост в обработке, технологические процессы с его участием тщательно изучены, поэтому организовать производство кремниевых пластин не составляет труда.

Конечно, существуют материалы и сплавы, которые гораздо эффективнее преобразуют солнечную энергию, чем силикаты, но их производство (особенно в промышленных масштабах) обойдется гораздо дороже. Поэтому сегодня наиболее популярными по-прежнему остаются поли- и монокристаллические солнечные батареи на основе кремния.

Фотобатареи на монокристаллах широко используются и в бытовых, и в промышленных солнечных станциях. Более того, именно такие ячейки (правда, значительно усовершенствованные) применяются в космической сфере, на искусственных спутниках, орбитальных станциях и т.д. Используются эти изделия и для энергообеспечения морских кораблей, особенно рассчитанных на дальние плавания.

Особенности структуры солнечных монокристаллов

Монокристаллы кремния имеют множество отличительных черт, и, пожалуй, самой заметной является их насыщенный синий цвет при абсолютно однородной поверхности. Такой оттенок, как и равномерность поверхности, объясняется строгой кристаллографической структурой материала. Кроме того, для солнечных модулей из монокремния характерна особая, псевдоквадратная, форма со скругленными углами. Дело в том, что при выращивании монокристаллов образуются цилиндрические заготовки, поэтому после обработки и резки пластины принимают такой оригинальный вид.

Эффективность фотопреобразований

Все серийные солнечные фотомодули изготавливаются из кремниевых пластин. И это вполне логично. Дело в том, что кремний – не просто самый распространенный p-n проводник. Он еще и довольно дешев и прост в обработке, технологические процессы с его участием тщательно изучены, поэтому организовать производство кремниевых пластин не составляет труда.

Конечно, существуют материалы и сплавы, которые гораздо эффективнее преобразуют солнечную энергию, чем силикаты, но их производство (особенно в промышленных масштабах) обойдется гораздо дороже. Поэтому сегодня наиболее популярными по-прежнему остаются поли- и монокристаллические солнечные батареи на основе кремния.

Фотобатареи на монокристаллах широко используются и в бытовых, и в промышленных солнечных станциях. Более того, именно такие ячейки (правда, значительно усовершенствованные) применяются в космической сфере, на искусственных спутниках, орбитальных станциях и т.д. Используются эти изделия и для энергообеспечения морских кораблей, особенно рассчитанных на дальние плавания.

Особенности структуры солнечных монокристаллов

Монокристаллы кремния имеют множество отличительных черт, и, пожалуй, самой заметной является их насыщенный синий цвет при абсолютно однородной поверхности. Такой оттенок, как и равномерность поверхности, объясняется строгой кристаллографической структурой материала. Кроме того, для солнечных модулей из монокремния характерна особая, псевдоквадратная, форма со скругленными углами. Дело в том, что при выращивании монокристаллов образуются цилиндрические заготовки, поэтому после обработки и резки пластины принимают такой оригинальный вид.

Эффективность фотопреобразований

Именно солнечные элементы на монокристаллах имеют наибольший КПД среди всех кремниевых пластин. Объясняется это очень просто. Поскольку ячейка имеет однородную структуру, лучи солнца равномерно освещают всю ее поверхность. Также равномерно они преобразуются в электроток, не рассеиваясь на кристаллических неровностях. Иными словами, эффективность такой ячейки зависит только от свойств самого кристалла, она не снижается из-за побочных отражений лучей (как это происходит в полипластинах).

Такая особенность позволяет делать солнечные моноячейки более компактными, а значит, и уменьшить итоговые габариты собираемых из них батарей.

Преимущества эксплуатации

Монокристаллические солнечные панели не только продуктивнее полибатарей. Они также имеют несколько весомых эксплуатационных преимуществ:

• Возможность установки на криволинейных поверхностях. Монопанели имеют гибкую структуру, способную выдержать небольшой изгиб без потери качества фотопреобразований. Поэтому их можно монтировать там, где поликристаллические модули расположить невозможно.
• Равномерная работа в различных погодных условиях. Многие считают, что в пасмурную погоду производительность монокристаллических ячеек резко падает, тогда как поликристаллы работают практически с той же эффективностью. Когда-то это действительно было так, но с развитием технологий ситуация кардинально изменилась. Сегодня КПД монопанелей при затемнении не уменьшается, а значит, по этому показателю они вновь превосходят поликристаллические аналоги.
• Эффективная работа при минусовых температурах и сильных морозах. Именно монокристаллическими ячейками укомплектованы все солнечные батареи, рассчитанные на зимнюю эксплуатацию.

По сути, единственным недостатком таких панелей является их более высокая, по сравнению с поликристаллами, стоимость. Однако разница эта на самом деле не так велика (порядка 10%), а с учетом большей производительности она фактически неощутима.

Специфика производства

Технология производства монокристаллических солнечных панелей отлажена довольно давно. Отправной точкой служит получение высокочистого технического кремния (массовая доля – порядка 99,99%). Затем осуществляется плавление сырья при высоких температурах, с последующим синтезом при введении разного рода добавок. Добавки используются для повышения производительности фотоячеек и улучшения их эксплуатационных свойств.

Однородные монокристаллы выращиваются в специальных, постоянно вращающихся, тиглях. Такое вращение необходимо для формирования строгой кристаллографической структуры. Готовые технологические слитки монокремния имеют округлую цилиндрическую форму, поэтому их обычно обрабатывают для придания формы псведоквадратной призмы с нужной площадью сечения. Затем слитки при помощи алмазных пил нарезаются на тонкие пластины, которые тщательно очищаются от следов суспензии. На финальном этапе выполняется строгий контроль внешних дефектов и фотоэлектрических параметров. И если пластина соответствует всем стандартам, ее используют для создания солнечных фотобатарей.

Таким образом, на сегодняшний день именно монокристаллические кремниевые ячейки являются наиболее перспективным направлением развития серийных солнечных батарей.