Solceller er en type fotoelektrisk element, der kan omdanne energi. Deres grundlæggende struktur er dannet ved at kombinere P-type og N-type halvledere. Det mest grundlæggende materiale af halvledere er "silicium", som er ikke-ledende. Men hvis der tilsættes forskellige urenheder til halvledere, kan der fremstilles halvledere af P-type og N-type. Derefter bruges potentialforskellen mellem P-type-halvlederen med et hul (P-type-halvlederen mangler en negativt ladet elektron, hvilket kan betragtes som en ekstra positiv ladning) og N-type-halvlederen med en ekstra fri elektron til at generere strøm. Derfor, når sollys skinner, exciterer lysenergien elektronerne i siliciumatomerne og producerer konvektion af elektroner og huller. Disse elektroner og huller påvirkes af det indbyggede potentiale og tiltrækkes af henholdsvis N-type og P-type halvledere og samles i begge ender. På dette tidspunkt, hvis ydersiden er forbundet med elektroder for at danne et kredsløb, er dette princippet for solcellestrømproduktion.
Solceller kan opdeles i to kategorier efter deres krystaltilstand: krystallinsk tyndfilmtype og ikke-krystallinsk tyndfilmtype (i det følgende benævnt a-), og førstnævnte er yderligere opdelt i enkeltkrystaltype og polykrystallinsk type.
I henhold til materialet kan de opdeles i silicium tyndfilmtype, sammensat halvleder tyndfilmtype og organisk filmtype, og sammensat halvleder tyndfilmtype er yderligere opdelt i ikke-krystallinsk type (a-Si:H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H osv.), IIIV-gruppe (GaAs, InP osv.), IIVI-gruppe (Cds-serien) og zinkphosphid (Zn3p2) osv.
Afhængigt af de forskellige anvendte materialer kan solceller også opdeles i: siliciumsolceller, multi-sammensatte tyndfilm solceller, polymer flerlags modificerede elektrode solceller, nanokrystallinske solceller, organiske solceller, plast solceller, heriblandt silicium solceller celler er de mest modne og dominerer i applikationer.
1. Silicium solceller
Silicium solceller er opdelt i tre typer: enkeltkrystal silicium solceller, polykrystallinske silicium tyndfilm solceller og amorfe silicium tyndfilm solceller.
(1) Enkeltkrystal siliciumsolceller har den højeste konverteringseffektivitet og den mest modne teknologi. Den højeste konverteringseffektivitet i laboratoriet er 24,7 %, og effektiviteten i storskalaproduktion er 15 % (fra 2011 er den 18 %). Det indtager stadig en dominerende stilling inden for store applikationer og industriel produktion, men på grund af de høje omkostninger ved enkeltkrystallinsk silicium er det vanskeligt at reducere omkostningerne væsentligt. For at spare siliciummaterialer er der udviklet polykrystallinsk silicium tynd film og amorf silicium tynd film som alternativer til enkeltkrystallinske silicium solceller.
(2) Sammenlignet med enkeltkrystallinsk silicium er polykrystallinsk silicium tyndfilm solceller billigere og mere effektive end amorfe silicium tyndfilm celler. Dens højeste laboratoriekonverteringseffektivitet er 18 %, og konverteringseffektiviteten for produktion i industriel skala er 10 % (fra 2011 er den 17 %). Derfor vil polykrystallinske silicium tyndfilmsceller snart indtage en dominerende stilling på solcellemarkedet.
(3) Amorfe silicium tyndfilm solceller er lave i omkostninger og lette i vægt, med høj konverteringseffektivitet, nemme at masseproducere og har et stort potentiale. Men på grund af den fotoelektriske effektivitetsforfaldseffekt forårsaget af dets materiale, er dets stabilitet ikke høj, hvilket direkte påvirker dets praktiske anvendelse. Hvis stabilitetsproblemet kan løses yderligere, og konverteringsrateproblemet kan forbedres, så vil amorfe siliciumsolceller uden tvivl være et af solcellernes vigtigste udviklingsprodukter.
2. Krystallinske tyndfilmssolceller
Polykrystallinske tyndfilmsceller Cadmiumsulfid og cadmiumtellurid polykrystallinske tyndfilmceller er mere effektive end amorfe silicium tyndfilmsolceller, billigere end monokrystallinske siliciumceller og nemme at masseproducere. Cadmium er dog meget giftigt og vil forårsage alvorlig miljøforurening. Derfor er det ikke det mest ideelle alternativ til krystallinske siliciumsolceller.
Konverteringseffektiviteten af galliumarsenid (GaAs) III-V sammensatte celler kan nå 28%. GaAs-sammensatte materialer har et meget ideelt optisk båndgab og høj absorptionseffektivitet, stærk strålingsmodstand og er ufølsomme over for varme. De er velegnede til fremstilling af højeffektive single-junction-celler. Men prisen på GaAs-materialer er høj, hvilket i høj grad begrænser GaAs-cellernes popularitet.
Kobberindiumselenid-tyndfilmceller (CIS for korte) er velegnede til fotoelektrisk konvertering, har ikke problemet med lysinduceret nedbrydning og har samme konverteringseffektivitet som polykrystallinsk silicium. Med fordelene ved lav pris, god ydeevne og enkel proces vil det blive en vigtig retning for udviklingen af solceller i fremtiden. Det eneste problem er kilden til materialet. Da indium og selen er relativt sjældne grundstoffer, er udviklingen af denne type batteri uundgåeligt begrænset.
3. Organiske polymersolceller
Udskiftning af uorganiske materialer med organiske polymerer er en nyudviklet forskningsretning for solcellefremstilling. På grund af fordelene ved god fleksibilitet, nem produktion, brede materialekilder og lave omkostninger ved organiske materialer er det af stor betydning for storstilet brug af solenergi og levering af billig elektricitet. Forskningen i klargøring af solceller med organiske materialer er dog netop begyndt. Hvorvidt det kan udvikles til et produkt med praktisk betydning, mangler at blive undersøgt og udforsket nærmere.
4. Nanokrystallinske solceller
Nanokrystallinske solceller er nyudviklede. Deres fordele er deres lave omkostninger, enkle proces og stabile ydeevne. Deres fotoelektriske effektivitet er stabil på mere end 10 %, og produktionsomkostningerne er kun 1/5 til 1/10 af siliciumsolcellers. Levetiden kan nå mere end 20 år. Forskningen og udviklingen af sådanne batterier er netop startet, og de vil gradvist komme på markedet i den nærmeste fremtid.