Solární články jsou typem fotoelektrického prvku, který dokáže přeměnit energii. Jejich základní struktura je tvořena kombinací polovodičů typu P a N. Nejzákladnějším materiálem polovodičů je „křemík“, který je nevodivý. Pokud se však do polovodičů přidají různé nečistoty, lze vyrobit polovodiče typu P a N. Poté se použije potenciálový rozdíl mezi polovodičem typu P s dírou (polovodič typu P postrádá záporně nabitý elektron, což lze považovat za dodatečný kladný náboj) a polovodičem typu N s dodatečným volným elektronem. generovat proud. Proto, když svítí sluneční světlo, světelná energie excituje elektrony v atomech křemíku a vytváří konvekci elektronů a děr. Tyto elektrony a díry jsou ovlivněny vestavěným potenciálem a jsou přitahovány polovodiči typu N a typu P a shromažďují se na obou koncích. V tomto okamžiku, pokud je vnější strana spojena s elektrodami, aby vytvořily obvod, je to princip výroby energie ze solárních článků.
Solární články lze rozdělit do dvou kategorií podle jejich krystalického stavu: krystalický tenkovrstvý typ a nekrystalický tenkovrstvý typ (dále jen a-), přičemž první z nich se dále dělí na monokrystalický typ a polykrystalický typ.
Podle materiálu je lze rozdělit na typ křemíkového tenkého filmu, typ složeného polovodičového tenkého filmu a typ organického filmu a typ složeného polovodičového tenkého filmu se dále dělí na nekrystalický typ (a-Si:H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H atd.), skupina IIIV (GaAs, InP atd.), skupina IIVI (řada Cds) a fosfid zinečnatý (Zn3p2) atd.
Podle různých použitých materiálů lze solární články také rozdělit na: křemíkové solární články, vícesložkové tenkovrstvé solární články, polymerové vícevrstvé modifikované elektrodové solární články, nanokrystalické solární články, organické solární články, plastové solární články, mezi které patří křemíkové solární články buňky jsou nejvyspělejší a dominují v aplikacích.
1. Křemíkové solární články
Křemíkové solární články se dělí na tři typy: monokrystalické křemíkové solární články, polykrystalické křemíkové tenkovrstvé solární články a amorfní křemíkové tenkovrstvé solární články.
(1) Monokrystalické křemíkové solární články mají nejvyšší účinnost konverze a nejvyspělejší technologii. Nejvyšší účinnost konverze v laboratoři je 24,7 % a účinnost ve velkovýrobě je 15 % (od roku 2011 je to 18 %). Stále zaujímá dominantní postavení ve velkých aplikacích a průmyslové výrobě, ale vzhledem k vysokým nákladům na monokrystalický křemík je obtížné výrazně snížit jeho cenu. Aby se šetřily křemíkové materiály, byly vyvinuty tenké vrstvy polykrystalického křemíku a tenké vrstvy amorfního křemíku jako alternativy k monokrystalickým křemíkovým solárním článkům.
(2) Ve srovnání s monokrystalickým křemíkem jsou polykrystalické křemíkové tenkovrstvé solární články levnější a účinnější než amorfní křemíkové tenkovrstvé články. Jeho nejvyšší účinnost laboratorní konverze je 18 % a účinnost konverze průmyslové výroby je 10 % (od roku 2011 je to 17 %). Polykrystalické křemíkové tenkovrstvé články proto brzy zaujmou dominantní postavení na trhu solárních článků.
(3) Tenkovrstvé solární články z amorfního křemíku mají nízkou cenu a nízkou hmotnost, vysokou účinnost konverze, snadno se sériově vyrábějí a mají velký potenciál. Vzhledem k efektu poklesu fotoelektrické účinnosti způsobené jeho materiálem však jeho stabilita není vysoká, což přímo ovlivňuje jeho praktické použití. Pokud se podaří dále vyřešit problém stability a zlepšit problém konverzního poměru, pak budou amorfní křemíkové solární články bezpochyby jedním z hlavních vývojových produktů solárních článků.
2. Krystalické tenkovrstvé solární články
Polykrystalické tenkovrstvé články Polykrystalické tenkovrstvé články ze sulfidu kademnatého a teluridu kadmia jsou účinnější než amorfní křemíkové tenkovrstvé solární články, levnější než monokrystalické křemíkové články a snadno se vyrábějí ve velkém. Kadmium je však vysoce toxické a způsobí vážné znečištění životního prostředí. Nejedná se tedy o nejideálnější alternativu krystalických křemíkových solárních článků.
Účinnost konverze článků se sloučeninou arsenidu galia (GaAs) III-V může dosáhnout 28 %. Materiály sloučenin GaAs mají velmi ideální optickou mezeru v pásmu a vysokou absorpční účinnost, silnou odolnost vůči záření a jsou necitlivé na teplo. Jsou vhodné pro výrobu vysoce účinných jednocestných článků. Cena materiálů GaAs je však vysoká, což značně omezuje oblibu článků GaAs.
Tenkovrstvé články selenidu mědi a india (zkráceně CIS) jsou vhodné pro fotoelektrickou konverzi, nemají problém se světlem indukovanou degradací a mají stejnou účinnost konverze jako polykrystalický křemík. S výhodami nízké ceny, dobrého výkonu a jednoduchého procesu se v budoucnu stane důležitým směrem pro vývoj solárních článků. Jediným problémem je zdroj materiálu. Vzhledem k tomu, že indium a selen jsou poměrně vzácné prvky, je vývoj tohoto typu baterií nevyhnutelně omezen.
3. Organické polymerní solární články
Nahrazení anorganických materiálů organickými polymery je nově vyvinutý směr výzkumu pro výrobu solárních článků. Vzhledem k výhodám dobré flexibility, snadné výroby, širokým materiálovým zdrojům a nízkým nákladům na organické materiály má velký význam pro rozsáhlé využití solární energie a poskytování levné elektřiny. Výzkum přípravy solárních článků s organickými materiály však právě začal. Zda z něj lze vyvinout produkt s praktickým významem, je třeba dále studovat a zkoumat.
4. Nanokrystalické solární články
Nově jsou vyvinuty nanokrystalické solární články. Jejich výhodou je nízká cena, jednoduchý proces a stabilní výkon. Jejich fotoelektrická účinnost je stabilní na více než 10 % a výrobní náklady jsou pouze 1/5 až 1/10 nákladů na křemíkové solární články. Životnost může dosáhnout více než 20 let. Výzkum a vývoj takových baterií právě začal a v blízké budoucnosti budou postupně vstupovat na trh.