Valokenno on elektroninen laite , joka muuntaa fotonienergian sähköenergiaksi . Ne on jaettu sähkötyhjiö- ja puolijohdevalokennoihin [1] . Laitteen toiminta perustuu valoelektroniseen säteilyyn tai sisäiseen valosähköiseen efektiin [2] . Ensimmäisen ulkoiseen valosähköiseen efektiin perustuvan valokennon loi Aleksanteri Stoletov 1800-luvun lopulla.
Energian kannalta tehokkaimmat laitteet aurinkoenergian muuntamiseksi sähköenergiaksi ovat puolijohdevalosähkömuuntimet (PVC), koska kyseessä on suora, yksivaiheinen energiasiirtymä. Kaupallisesti valmistettujen aurinkokennojen hyötysuhde on keskimäärin 16 %, parhailla näytteillä jopa 25 % [3] . Laboratorio-olosuhteissa on jo saavutettu tehokkuustasot 43,5 % [4] , 44,4 % [5] , 44,7 % [6] .
Tasasuuntausdiodien ja valoa vastaavien sähkömagneettisten säteilytaajuuksien tehokkaiden antennien puute ei vielä mahdollista valosähköisten muuntimien luomista, jotka käyttävät kvantin ominaisuuksia sähkömagneettisena aaltona, joka indusoi muuttuvan EMF:n dipoliantennissa, vaikka teoriassa tämä on mahdollista . Tällaisilta laitteilta ei odoteta vain parempaa tehoa, vaan myös vähemmän lämpötilariippuvuutta ja hajoamista ajan myötä.
Energian muuntaminen aurinkokennoissa perustuu valosähköiseen vaikutukseen , joka syntyy epähomogeenisissa puolijohderakenteissa auringonsäteilylle altistuessaan.
FEP-rakenteen heterogeenisuus voidaan saavuttaa seostamalla sama puolijohde erilaisilla epäpuhtauksilla ( pn-liitosten luominen ) tai yhdistämällä eri puolijohteita, joilla on epätasainen kaistaväli - elektronin atomista irtoamisen energia ( heteroliitosten muodostuminen ), tai muuttamalla puolijohteen kemiallista koostumusta, mikä johtaa bandgap-gradientin ilmaantumiseen (asteittaisten aukkojen rakenteiden luominen). Näiden menetelmien erilaiset yhdistelmät ovat myös mahdollisia.
Muunnostehokkuus riippuu epähomogeenisen puolijohderakenteen sähköfysikaalisista ominaisuuksista sekä aurinkokennojen optisista ominaisuuksista, joista valonjohtavuudella on tärkein rooli. Se johtuu puolijohteiden sisäisen valosähköisen vaikutuksen ilmiöistä, kun niitä säteilytetään auringonvalolla.
Tärkeimmät peruuttamattomat energiahäviöt aurinkokennoissa liittyvät:
Kaikenlaisten aurinkokennojen energiahäviöiden vähentämiseksi kehitetään ja sovelletaan menestyksekkäästi erilaisia toimenpiteitä. Nämä sisältävät:
Myös aurinkokennojen tehokkuuden merkittävä lisäys saavutettiin luomalla muuntimia, joilla on kaksipuolinen herkkyys (jopa + 80% yhden puolen jo olemassa olevaan tehokkuuteen), käyttämällä luminoivia uudelleen emittoivia rakenteita, Fresnel linssit , auringon spektrin alustava hajottaminen kahdeksi tai useammaksi spektrialueeksi käyttämällä monikerroksisia kalvosäteen jakajia ( dikroisia peilejä ) ja sen jälkeen kunkin spektrin osan muuntamista erillisellä aurinkokennolla jne.
Aurinkovoimaloissa ( SPS ) voidaan käyttää erityyppisiä aurinkokennoja, mutta kaikki eivät täytä näiden järjestelmien vaatimuksia:
Joitakin lupaavia materiaaleja on vaikea saada aurinkovoimalan rakentamiseen tarvittavassa määrin raaka-aineen rajallisten luonnonvarojen tai sen käsittelyn monimutkaisuuden vuoksi.
Korkea tuottavuus voidaan saavuttaa vain järjestämällä täysin automatisoitu aurinkokennojen tuotanto esimerkiksi nauhateknologiaan perustuen ja luomalla kehittynyt sopivan profiilin erikoisyritysten verkosto, eli itse asiassa koko toimiala . Valokennojen tuotanto ja aurinkoakkujen kokoaminen automatisoiduilla linjoilla mahdollistavat moninkertaisen alennuksen akun kustannuksissa.
Pii , Cu(In,Ga)Se 2 ja galliumarsenid (GaAs) ovat todennäköisimpiä materiaaleja SES-valokennoille , ja jälkimmäisessä tapauksessa puhumme heterofotomuuntimista (HFP), joilla on AlGaAs-GaAs rakenne.
Lisäksi valokennoja käytetään suojalaitteissa, teollisuuden prosessinohjausjärjestelmissä, kemiallisissa analysaattoreissa, polttoaineen palamisen ohjausjärjestelmissä, lämpötilan hallinnassa, massatuotannon laadunvalvonnassa, valaistusmittauksissa, tasoilmaisimissa, laskureissa, synkronointiin, automaattiseen oven avaamiseen, aikareleissä , tallennuslaitteissa. [7]