Солнечные элементы на аморфном кремнии

Ускоренные темпы развития производства СЭ на основе a-Si:H объясняются главным образом обстоятельствами ресурсосбережения, а также тем, что количество энергии, инвертируемое в новый материал к моменту получения солнечного элемента, у a-Si:H в ~2 раза ниже, чем у мк-, пк-Si [51]. В результате период окупаемости СЭ на a-Si:H при 10% кпд с объемом выпуска 10 МВт/год соответствует 1 году, тогда как для аналогичных СЭ на основе пк-Si — 4,2 года [62]. Однако, как и все новые разработки, a-Si. H/СЭ имеют и достоинства, и недостатки. Срав­нительно низкий кпд [63-69] (рис. 3), высокая степень деградации эф­фективности преобразования [66-71], относительно низкая степень по­глощения излучения были в основном недостатками a-Si:H/C3 первого — второго поколения (80-е — начало 90-х годов) [10, 69, 72]. В настоящее время в результате схемно-конструктивного усовершенствования эф­фективность преобразования солнечного излучения (кпд) a-Si:H/C3 практически сравнялась со средним кпд nK-Si/СЭ (до 15% для лабора­торных образцов). Разработаны технологии, позволившие почти ре­шить проблему деградации под излучением [8, 24, 66, 69, 73-78, 100]. Однако на рис. 3 [63-65] видно, что у a-Si:H/C3 наблюдается наиболь­ший разрыв между данными лабораторных экспериментов (~15%) и практического использования (~ 6,7%). Это свидетельствует о неста­бильности получаемых результатов или об очень высокой цене при максимальных значениях кпд СЭ [51 ], тем более, что зависимость меж­ду стоимостью и кпд отдельных СЭ имеет нелинейный характер [57, 79]. В условиях наземного применения в фотоэлектростанциях средних

Рис. 3. Кпд солнечных элементов и солнечных модулей лабораторной и промышленной разработок.

и больших мощностей, ФЭС на основе a-Si:H менее конкурентоспособ­ны также ввиду понижения реальной эффективности при объединении СЭ в модули и батареи.

Новые конструкции, обеспечивающие кпд ~ 15%, — это многослой­ные каскадные конструкции, как например в [75, 100]: фронтальный элемент — это a-SiC (преобразует коротковолновую часть спектра), средний — a-Si, тыльный — a-SiGe (поглощает длинноволновую часть излучения). Усложнение конструкций СЭ не способствует снижению себестоимости, сравнимому с экономией кремниевого материала. Кро­ме того, хотя для пленок a-Si:H требуется немного кремния, коэффици­ент использования SiH4 — исходного материала в технологии a-Si:H/C3 — в обычных плазмохимических методах осаждения много ниже 100%, судя по схемам установок [24, 51, 80]. В результате цены на тонкопле­ночные a-Si:H/C3 не ниже цен на MK-Si/СЭ или nK-Si/СЭ при одинако­вых кпд [16]. Однако в настоящее время a-Si:H/C3, имеющие кпд -10%, вполне рентабельны. Прогноз в работе [101] показывает, что при объе­мах производства -60 МВт/год a-Si/СЭ с кпд 8-9% могут иметь себе­стоимость 0,66 дол./Втп. При использовании в центральных электросе­тях это даст стоимость электроэнергии на уровне 0,13 дол./(кВт ч). Увели­чение кпд до 11% приводит к снижению цены до 0,11 дол./(кВт ч).