Фотоэлементы

Фотоэлементы, работа которых основана на фотогальваническом режиме, предназначены для преобразования светового излучения в электрическую энергию.

Первые вентильные фотоэлементы из гемиоксида (закиси) меди были разработаны в 1926 году. Наибольшее применение они нашли для преобразования солнечной энергии в электрическую. Фотоэлементы, реализующие этот принцип, называют солнечными преобразователями. Из таких элементов путем последовательного и параллельного соединения создаются солнечные батареи. Они используются для питания радиоэлектронной аппаратуры в космических аппаратах, автоматических метеостанциях, микрокалькуляторах и маломощных установках различного назначения.

Спектр солнечной энергии включает в себя практически весь оптический диапазон. Весь спектр солнечной энергии не удается преобразовать из-за отсутствия идеальных полупроводниковых материалов. Поэтому выбирают полупроводниковые материалы с высоким коэффициентом поглощения и большим квантовым выходом в области максимальной интенсивности спектра солнечного излучения, с минимальным коэффициентом отражения, определенными шириной запрещенной зоны, степенью легирования, коэффициентом преломления и другими параметрами. Для этих целей используют кремний и арсенид галлия. Кремниевые преобразователи имеют стабильные параметры в диапазоне температур –150…+150 °С. КПД фотопреобразователя – отношение максимальной мощности, которую можно получить от фотоэлемента, к полной мощности светового потока, падающего на рабочую поверхность фотоэлемента. Предельный расчетный КПД кремниевого преобразователя 23 %, а реальный – 14…18 %. Арсенид-галлиевые преобразователи имеют реальный КПД около 11 %.

Для сравнения преобразователей как источников питания используется параметр качества – отношение выходной мощности к массе источника. Все монокристаллические преобразователи имеют меньший параметр качества, чем пленочные на сульфиде CdS или теллуриде CdTe кадмия. Перспективными считаются преобразователи на МОП-структурах с барьером Шотки.