Слънчевите клетки са вид фотоелектричен елемент, който може да преобразува енергия. Тяхната основна структура се формира чрез комбиниране на полупроводници от P-тип и N-тип. Най-основният материал на полупроводниците е "силиций", който е непроводим. Въпреки това, ако към полупроводниците се добавят различни примеси, могат да се направят полупроводници от P-тип и N-тип. След това потенциалната разлика между P-тип полупроводник с дупка (в P-тип полупроводник липсва отрицателно зареден електрон, който може да се разглежда като допълнителен положителен заряд) и N-тип полупроводник с допълнителен свободен електрон се използва за генерират ток. Следователно, когато слънчевата светлина свети, светлинната енергия възбужда електроните в силициевите атоми и създава конвекция на електрони и дупки. Тези електрони и дупки се влияят от вградения потенциал и се привличат съответно от N-тип и P-тип полупроводници и се събират в двата края. В този момент, ако външната страна е свързана с електроди, за да образува верига, това е принципът на генериране на енергия от слънчеви клетки.
Слънчевите клетки могат да бъдат разделени на две категории според тяхното кристално състояние: кристален тънкослоен тип и некристален тънкослоен тип (наричани по-нататък a-), като първият се разделя допълнително на монокристален тип и поликристален тип.
Според материала те могат да бъдат разделени на тип силициев тънък филм, тип комбиниран полупроводников тънък филм и тип органичен филм, а типът комбиниран полупроводников тънък филм е допълнително разделен на некристален тип (a-Si:H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H и др.), IIIV група (GaAs, InP и др.), IIVI група (Cds серия) и цинков фосфид (Zn3p2) и др.
Според различните използвани материали слънчевите клетки могат също да бъдат разделени на: силициеви слънчеви клетки, многокомпонентни тънкослойни слънчеви клетки, полимерни многослойни модифицирани електродни слънчеви клетки, нанокристални слънчеви клетки, органични слънчеви клетки, пластмасови слънчеви клетки, сред които силициеви слънчеви клетките са най-зрелите и доминират в приложенията.
1. Силициеви слънчеви клетки
Силиконовите слънчеви клетки са разделени на три типа: монокристални силициеви слънчеви клетки, поликристални силициеви тънкослойни слънчеви клетки и аморфни силициеви тънкослойни слънчеви клетки.
(1) Монокристалните силициеви слънчеви клетки имат най-високата ефективност на преобразуване и най-зрялата технология. Най-високата ефективност на преобразуване в лабораторията е 24,7%, а ефективността в мащабно производство е 15% (към 2011 г. е 18%). Той все още заема доминираща позиция в широкомащабни приложения и промишлено производство, но поради високата цена на монокристалния силиций е трудно да се намали значително цената му. За да се спестят силициевите материали, тънък филм от поликристален силиций и тънък филм от аморфен силиций са разработени като алтернативи на монокристалните силициеви слънчеви клетки.
(2) В сравнение с монокристалния силиций, поликристалните силициеви тънкослойни слънчеви клетки са по-евтини и по-ефективни от аморфните силициеви тънкослойни клетки. Неговата най-висока лабораторна ефективност на преобразуване е 18%, а ефективността на преобразуване в индустриално производство е 10% (от 2011 г. е 17%). Следователно тънкослойните клетки от поликристален силиций скоро ще заемат доминираща позиция на пазара на слънчеви клетки.
(3) Тънкослойните соларни клетки от аморфен силиций са с ниска цена и леко тегло, с висока ефективност на преобразуване, лесни за масово производство и имат голям потенциал. Въпреки това, поради ефекта на намаляване на фотоелектричната ефективност, причинен от неговия материал, неговата стабилност не е висока, което пряко засяга практическото му приложение. Ако проблемът със стабилността може да бъде решен допълнително и проблемът със степента на преобразуване може да бъде подобрен, тогава слънчевите клетки от аморфен силиций несъмнено ще бъдат един от основните продукти за развитие на слънчевите клетки.
2. Кристални тънкослойни слънчеви клетки
Поликристални тънкослойни клетки Поликристалните тънкослойни клетки от кадмиев сулфид и кадмиев телурид са по-ефективни от тънкослойните слънчеви клетки от аморфен силиций, по-евтини са от монокристалните силициеви клетки и са лесни за масово производство. Кадмият обаче е силно токсичен и ще причини сериозно замърсяване на околната среда. Следователно, това не е най-идеалната алтернатива на слънчевите клетки от кристален силиций.
Ефективността на преобразуване на клетки от съединение III-V на галиев арсенид (GaAs) може да достигне 28%. Съставните материали GaAs имат много идеална оптична ширина на лентата и висока ефективност на абсорбция, силна устойчивост на радиация и са нечувствителни към топлина. Те са подходящи за производство на високоефективни клетки с един преход. Въпреки това, цената на GaAs материалите е висока, което значително ограничава популярността на GaAs клетките.
Тънкослойните клетки от меден индиев селенид (накратко CIS) са подходящи за фотоелектрично преобразуване, нямат проблема с индуцираното от светлина разграждане и имат същата ефективност на преобразуване като поликристалния силиций. С предимствата на ниска цена, добра производителност и прост процес, това ще се превърне във важна посока за развитието на слънчевите клетки в бъдеще. Единственият проблем е източникът на материала. Тъй като индият и селенът са относително редки елементи, развитието на този тип батерии неизбежно е ограничено.
3. Слънчеви клетки от органичен полимер
Замяната на неорганични материали с органични полимери е новоразработена изследователска посока за производството на слънчеви клетки. Поради предимствата на добрата гъвкавост, лесното производство, широките източници на материали и ниската цена на органичните материали, това е от голямо значение за широкомащабното използване на слънчевата енергия и осигуряването на евтина електроенергия. Изследванията за подготовката на слънчеви клетки с органични материали обаче току-що започнаха. Остава да бъде допълнително проучено и проучено дали може да се развие в продукт с практическо значение.
4. Нанокристални слънчеви клетки
Нанокристалните слънчеви клетки са новоразработени. Техните предимства са ниската им цена, лесен процес и стабилна производителност. Тяхната фотоелектрична ефективност е стабилна на повече от 10%, а производствените разходи са само 1/5 до 1/10 от тези на силициевите слънчеви клетки. Продължителността на живота може да достигне повече от 20 години. Проучването и разработването на такива батерии току-що започна и те постепенно ще навлязат на пазара в близко бъдеще.