Арсенид-галиевые солнечные батареи

Солнечные батареи автономных электростанций, которые созданы на основе соединения арсенида галлия – это надежная и эффективная альтернатива обычным кремниевым панелям. Арсенид галлия, это соединение мышьяка с галлием, обладающее такими же высокими гелиоэнергетическими свойствами, как и сам кремний, но с другой стороны более эффективный в плане производительности, что немаловажно.

Поэтому солнечные элементы на основе этого соединения демонстрируют более высокий показатель КПД, иногда до 44% больше, что является значительной разницей. Но с другой стороны применяют такие системы довольно нечасто, чаще всего в сфере высоких технологий, космической отрасли и схожих направлениях. Помимо достоинств данного типа панелей (высокая производительность и надежность) есть и значительный минус.

Несмотря на высокие показатели эффективности, такие панели обладают высокой стоимостью и при разрушении могут стать источником ядовитых веществ, что является преградой для их широкого распространения в быту и хозяйстве. И сам материал, и технологические особенности производства сами по себе очень затратные в финансовом плане, поэтому их стоимость сохраняется на высоком уровне. Поэтому такие панели не получили массового распространения.

Особенности

Солнечные панели на основе арсенида галлия имеют ряд важных преимуществ:

Высокая способность к поглощению энергии. Материал показывает высокую эффективность по поглощению солнечного света, в результате чего его можно применять, налаживая слоями всего в несколько микрон. Это позволяет получить значительное уменьшение толщины ячеек.

Ширина запрещенной зоны. Этот термин отображает область энергии, которой обладать электрон не может в нормальном состоянии, ее ширина представляет собой минимальный объем энергии, который требуется для перемещения электрона, чтобы тот участвовал в формировании самого фототока. У этого материала эти показатели практически идеальны и не достигаются с применением других материалов.

Очень хорошая устойчивость к воздействию радиации, именно поэтому данный тип батарей используется в космической сфере.

Небольшая чувствительность к нагреванию. Кремниевые панели при работе сильно нагреваются, что часто бывает проблемой и необходимо обеспечить отток тепла, для предотвращения нагревания панелей и выхода из строя батарей. Батареи на основе арсенида галлия практически не получают потери производительности при перегреве. Поэтому такие панели нуждаются в меньшем охлаждении.

В таких панелях можно менять рабочие характеристики. Добавлять различные примеси, такие как фосфор, мышьяк, алюминий. Эти вещества позволяют корректировать параметры арсенида галлия, такие как, к примеру, ширина запрещенной зоны или другие. Благодаря этому можно значительно расширить возможности заданные параметрами панелей.

Использование данного материала как основы для панелей позволяет разработчикам выполнить многослойные панели. Благодаря этому можно управлять процессом генерации носителей заряда.

Многослойные элементы.

Самая эффективная, но и дорогостоящая на сегодняшний день, это трехслойная система. Она состоит из таких элементов, как германий, арсенид галлия и фосфид индия-галлия. При этом все слои выполняют разную функцию по поглощению энергии, каждый слой поглощает свой спектр. Такой способ обеспечивает наиболее эффективное поглощение света панелями. Но процесс производства таких панелей очень сложен и дорогостоящий.

Удешевление технологии

Технологии производства таких панелей очень дорого стоят, но активно ведутся работы по удешевлению этой технологии, для того чтобы она стала более доступной для людей. Ученые из университета США продвинулись довольно далеко в этом плане, поэтому возможно в ближайшее время будет найдено решение этого вопроса.

Обычно используется довольно толстая пластина, но для эффективного поглощения необходим лишь тонкий слой, получается, что значительная часть материала расходуется попросту неэффективно. Ведутся активные работы, направленные на уменьшение рабочего слоя.

Ученые предлагают наращивать тонкий слой арсенид галлия на подложке из алюминия. Далее эту пленку отделять от подложки. В итоге получать тонкие пластины самого арсенид галлия, которые и использовать при производстве панелей.